TY  - THES
A1  - Nieberler, Matthias
T1  - The physiological role of autoproteolysis of the Adhesion GPCR Latrophilin/dCIRL
T1  - Die physiologische Bedeutung der Autoproteolyse des Adhäsions-GPCR Latrophilin/dCIRL
N2  - G protein-coupled receptors of the Adhesion family (aGPCRs) comprise the second largest group within the GPCR realm with over 30 mammalian homologs. They contain a unique structure with unusually large extracellular domains (ECDs) holding many structural folds known to mediate cell-cell and cell-matrix interactions. Furthermore, aGPCRs undergo autoproteolytic cleavage at the GPCR proteolysis site (GPS), an integral portion of the GPCR autoproteolysis inducing (GAIN) domain. Thus far, it is largely unknown if and how self-cleavage affects aGPCR activation and signaling and how these signals may shape the physiological function of cells.
Latrophilin, alternatively termed the calcium-independent receptor of α-latrotoxin (CIRL) constitutes a highly conserved, prototypic aGPCR and has been assigned roles in various biological processes such as synaptic development and maturation or the regulation of neurotransmitter release. The Drosophila melanogaster homolog dCIRL is found in numerous sensory neurons including the mechanosensory larval pentascolopidial chordotonal organs (CHOs), which rely on dCIRL function in order to sense mechanical cues and to modulate the mechanogating properties of present ionotropic receptors.
This study reveals further insight into the broad distribution of dCirl expression throughout the larval central nervous system, at the neuromuscular junction (NMJ), as well as subcellular localization of dCIRL in distal dendrites and cilia of chordotonal neurons. Furthermore, targeted mutagenesis which disabled GPS cleavage of dCIRL left intracellular trafficking in larval CHOs unaffected and proved autoproteolysis is not required for dCIRL function in vivo. However, substitution of a threonine residue, intrinsic to a putative tethered agonist called Stachel that has previously been documented for several other aGPCRs, abrogated receptor function. Conclusively, while this uncovered the presence of Stachel in dCIRL, it leaves the question about the biological relevance of the predetermined breaking point at the GPS unanswered. In an independent approach, the structure of the “Inter-RBL-HRM” (IRH) region, the region linking the N-terminal Rhamnose-binding lectin-like (RBL) and the hormone receptor motif (HRM) domains of dCIRL, was analyzed. Results suggest random protein folding, excessive glycosylation, and a drastic expansion of the size of IRH. Therefore, the IRH might represent a molecular spacer ensuring a certain ECD dimension, which in turn may be a prerequisite for proper receptor function.
Taken together, the results of this study are consistent with dCIRL’s mechanoceptive faculty and its role as a molecular sensor that translates mechanical cues into metabotropic signals through a yet undefined Stachel-dependent mechanism.
N2  - G-Protein-gekoppelte Rezeptoren der Adhäsions-Klasse (aGPCRs) bilden mit über 30 Homologen in Säugern die zweitgrößte Gruppe innerhalb des GPCR-Reichs. Sie teilen eine einzigartige Morphologie mit einer ungewöhnlich großen extrazellulären Domäne (ECD), welche meist vielfältige Strukturen enthält, die Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen vermitteln. Weiterhin unterziehen sich aGPCRs einer autoproteolytischen Spaltung an der GPCR proteolysis site (GPS), die einen integralen Bestandteil der GPCR autoproteolysis inducing (GAIN) Domäne darstellt. Bisher ist weitestgehend unbekannt, ob und wie die Selbstspaltung Aktivierung und Signaltransduktion von aGPCRs beeinflusst und wie diese Signale die physiologische Zellfunktion modulieren.
Latrophilin, oder auch der Kalzium-unabhängige Rezeptor für α-Latrotoxin (CIRL), stellt einen evolutiv stark konservierten, prototypischen aGPCR dar und spielt eine Rolle in verschiedenen biologischen Prozessen, darunter die Entwicklung und Reifung von Synapsen, sowie die Regulation der Neurotransmitterausschüttung. Zusätzlich ist dCIRL, das Latrophilinhomolog von Drosophila melanogaster, an der Wahrnehmung mechanischer Reize beteiligt und moduliert die Mechanosensitivität larvaler Chordotonalorgane (CHOs), indem es das mechanisch gesteuerte Verhalten vorliegender ionotroper Rezeptoren verändert. 
Die vorliegende Arbeit enthüllt weitere Erkenntnisse zur umfassenden Expression von dCirl im larvalen Zentralnervensystem, an der motorischen Endplatte (NMJ), und stellt erstmals dessen subzelluläre Lokalisation in distalen Dendriten und Zilien von Chordotonalneuronen dar. Außerdem zeigen Mutationsstudien mit ausgeschalteter Autoproteolyse an der GPS, dass diese für den intrazellulären Transport und die Rolle von dCIRL in larvalen CHOs in vivo von untergeordneter Bedeutung ist. Die Mutation eines Threonins, welches integraler Bestandteil eines möglichen gebundenen Agonisten Stachel, der kürzlich für einige andere aGPCRs beschrieben wurde, ist, verschlechtert jedoch drastisch die Rezeptorfunktion. Während dies die Existenz Stachels in dCIRL aufdeckt, bleibt die Frage nach der biologischen Bedeutung der vorgegebenen Bruchstelle an der GPS unbeantwortet. Zusätzlich wurde die Struktur der „Inter-RBL-HRM“ (IRH) Region von dCIRL, die die N-terminale Rhamnose-binding lectin-like (RBL) und die hormone receptor motif (HRM) Domänen verbindet, analysiert. Die Ergebnisse legen eine zufällige Proteinfaltung, starke Glykosylierung sowie riesige strukturelle Ausmaße von IRH nahe. Daher könnte die IRH einen molekularen Abstandhalter für dCIRL darstellen, der eine bestimmte Länge der ECD sicherstellt, was wiederum eine Voraussetzung für die Rezeptorfunktion sein könnte.
Zusammen betrachtet sind die Ergebnisse dieser Arbeit vereinbar mit der mechanozeptiven Funktion von dCIRL und dessen Rolle als molekularer Sensor, der mechanische Reize mit Hilfe eines bisher unbekannten Stachel-abhängigen Mechanismus in metabotrope Signale umwandelt.
KW  - Latrophilin
KW  - Autoproteolysis
KW  - Adhesion GPCR
KW  - Mechanosensation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165894
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rydzek, Julian
T1  - NF-κB/NFAT Reporter Cell Platform for Chimeric Antigen Receptor (CAR)-Library Screening
T1  - NF-κB/NFAT-Reporterzellplattform für das Screening von Chimären Antigenrezeptor (CAR)-Bibliotheken
N2  - Immunotherapy with engineered T cells expressing a tumor-specific chimeric antigen receptor (CAR) is under intense preclinical and clinical investigation. This involves a rapidly increasing portfolio of novel target antigens and CAR designs that need to be tested in time- and work-intensive screening campaigns in primary T cells. Therefore, we anticipated that a standardized screening platform, similar as in pharmaceutical small molecule and antibody discovery, would facilitate the analysis of CARs by pre-selecting lead candidates from a large pool of constructs that differ in their extracellular and intracellular modules. Because CARs integrate structural elements of the T cell receptor (TCR) complex and engage TCR-associated signaling molecules upon stimulation, we reasoned that the transcription factors nuclear factor-κB (NF-κB) and nuclear factor of activated T cells (NFAT) could serve as surrogate markers for primary T cell function. The nuclear translocation of both transcription factors in primary T cells, which we observed following CAR stimulation, supported our rationale to use NF-κB and NFAT as indicators of CAR-mediated activation in a screening platform.
To enable standardized and convenient analyses, we have established a CAR-screening platform based on the human T cell lymphoma line Jurkat that has been modified to provide rapid detection of NF-κB and NFAT activation. For this purpose, Jurkat cells contained NF-κB  and NFAT-inducible reporter genes that generate a duplex output of cyan fluorescent protein (CFP) and green fluorescent protein (GFP), respectively. Upon stimulation of NF-κB/NFAT reporter cells, the expression of both fluorophores could be readily quantified in high-throughput screening campaigns by flow cytometry.
We modified the reporter cells with CD19-specific and ROR1-specific CARs, and we co-cultured them with antigen-positive stimulator cells to analyze NF-κB and NFAT activation. CAR-induced reporter signals could already be detected after 6 hours. The optimal readout window with high-level reporter activation was set to 24 hours, allowing the CAR-screening platform to deliver results in a rapid turnaround time. A reporter cell-screening campaign of a spacer library with CARs comprising a short, intermediate or long IgG4-Fc domain allowed distinguishing functional from non-functional constructs. Similarly, reporter cell-based analyses identified a ROR1-CAR with 4-1BB domain from a library with different intracellular signal modules due to its ability to confer high NF-κB activation, consistent with data from in vitro and in vivo studies with primary T cells. The results of both CAR screening campaigns were highly reproducible, and the time required for completing each testing campaign was substantially shorter with reporter cells (6 days) compared to primary T cells (21 days). We further challenged the reporter cells in a large-scale screening campaign with a ROR1 CAR library comprising mutations in the VH CDR3 sequence of the R11 scFv. This region is crucial for binding the R11 epitope of ROR1, and we anticipated that mutations here would cause a loss of specificity and affinity for most of the CAR variants. This provided the opportunity to determine whether the CAR screening platform was able to retrieve functional constructs from a large pool of CAR variants. Indeed, using a customized pre enrichment and screening strategy, the reporter cells identified a functional CAR variant that was present with a frequency of only 6 in 1.05x10^6.
As our CAR-screening platform enabled the analysis of activating signal modules, it encouraged us to also evaluate inhibitory signal modules that change the CAR mode of action. Such an inhibitory CAR (iCAR) can be used in logic gates with an activating CAR to interfere with T cell stimulation. By selecting appropriate target antigens for iCAR and CAR, this novel application aims to improve the selectivity towards tumor cells, and it could readily be studied using our screening platform. Accordingly, we tested CD19-specific iCARs with inhibitory PD-1 signal module for their suppressive effect on reporter gene activation. In logic gates with CAR or TCR stimulation, a decrease of NF-κB and NFAT signals was only observed when activating and inhibitory receptors were forced into spatial proximity. These results were further verified by experiments with primary T cells.
In conclusion, our reporter cell system is attractive as a platform technology because it is independent of testing in primary T cells, exportable between laboratories, and scalable to enable small- to large-scale screening campaigns of CAR libraries. The pre-selection of appropriate lead candidates with optimal extracellular and intracellular modules can reduce the number of CAR constructs to be investigated in further in vitro and in vivo studies with primary T cells. We are therefore confident that our CAR-screening platform based on NF-κB/NFAT reporter cells will be useful to accelerate translational research by facilitating the evaluation of CARs with novel design parameters.
N2  - Die Immuntherapie mit modifizierten T-Zellen, die einen tumorspezifischen chimären Antigenrezeptor (CAR) exprimieren, wird präklinisch und klinisch intensiv erforscht. Dies beinhaltet ein rasant anwachsendes Portfolio an neuartigen Zielantigenen und CAR-Designs, die in zeit- und arbeitsintensiven Screenings in primären T-Zellen untersucht werden müssen. Daher haben wir angenommen, dass eine standardisierte Screening-Plattform, ähnlich wie in der pharmazeutischen Kleinmolekül- und Antikörperforschung, die Analyse von CARs erleichtern würde. Die Plattform könnte funktionelle Kandidaten aus einer großen Anzahl von CAR Konstrukten, die sich durch ihre extrazellulären und intrazellulären Module unterscheiden, herausfiltern. Da CARs strukturelle Elemente des T-Zell-Rezeptor Komplexes enthalten und T-Zell-Rezeptor-assoziierte Signalmoleküle nach Stimulation aktivieren, sind wir zu der Annahme gelangt, dass die Transkriptionsfaktoren Nukleärer Faktor κB (NF-κB) und Nukleärer Faktor aktivierter T-Zellen (NFAT) als Surrogatmarker für primäre T Zellfunktionen dienen könnten. Die nukleäre Translokation beider Transkriptionsfaktoren in primären T-Zellen, die wir nach der CAR-Stimulation beobachten konnten, unterstützte unsere Überlegung NF-κB und NFAT als Indikatoren für die CAR-vermittelte Aktivierung in einer Screening-Plattform zu verwenden.
Um standardisierte und benutzerfreundliche Analysen zu ermöglichen, haben wir eine CAR Screening-Plattform basierend auf der humanen T-Zell-Lymphomlinie Jurkat etabliert, die modifiziert wurde, um einen schnellen Nachweis der Aktivierung von NF-κB und NFAT zu gewährleisten. Hierfür enthielten die Jurkat-Zellen NF-κB- und NFAT-induzierbare Reportergene, die mittels dem blauen Fluorophor CFP und dem grünen Fluorophor GFP eine Doppeldetektion erlauben. Bei Stimulation der NF-κB/NFAT-Reporterzellen konnte die Expression beider Fluorophore in Hochdurchsatz-Screenings mithilfe der Durchflusszytometrie schnell quantifiziert werden.
Die Reporterzellen wurden mit CD19-spezifischen und ROR1-spezifischen CARs modifiziert und anschließend mit antigenpositiven Stimulatorzellen kokultiviert, um die Aktivierung von NF-κB und NFAT zu analysieren. CAR-induzierte Reportersignale konnten bereits nach 6 Stunden detektiert werden. Das optimale Zeitfenster zur Auslesung hoher Reporteraktivierung wurde auf 24 Stunden festgelegt, so dass die CAR-Screening-Plattform in kurzer Zeit Ergebnisse liefern kann. Ein Reporterzell-Screening mit einer Spacer-Bibliothek aus CARs, die eine kurze, mittlere oder lange IgG4-Fc-Domäne enthielten, ermöglichte die Unterscheidung zwischen funktionellen und nicht-funktionellen Konstrukten. Ebenso konnten reporterzellgestützte Analysen einen ROR1-CAR mit 4-1BB Domäne aus einer Bibliothek mit verschiedenen intrazellulären Signalmodulen aufgrund seiner hohen NF-κB Aktivierung identifizieren, was im Einklang mit Daten aus in vitro- und in vivo-Studien mit primären T Zellen steht. Die Ergebnisse beider CAR-Screenings waren höchst reproduzierbar und die Zeit, welche für die Durchführung jeder Testung benötigt wurde, war mit Reporterzellen (6 Tage) wesentlich kürzer als mit primären T-Zellen (21 Tage). Des Weiteren haben wir die Reporterzellen für ein groß angelegtes Screening mit einer Bibliothek aus ROR1-CARs verwendet, welche Mutationen in der VH CDR3-Sequenz des R11 scFv enthielten. Diese Region ist entscheidend für die Bindung des R11-Epitops von ROR1 und wir haben erwartetet, dass Mutationen hier zu einem Verlust der Spezifität und Affinität für die Mehrzahl der CAR-Varianten führen würden. Somit wollten wir feststellen, ob die CAR-Screening-Plattform in der Lage war funktionelle Konstrukte aus einer großen Anzahl von CAR-Varianten wiederzufinden. Tatsächlich identifizierten die Reporterzellen mittels einer angepassten Anreicherungs- und Screeningstrategie eine funktionelle CAR-Variante, die mit einer Häufigkeit von nur 6 in 1,05x10^6 vorkam.
Da unsere CAR-Screening-Plattform die Analyse aktivierender Signalmodule ermöglicht hat, veranlasste uns dies auch inhibitorische Signalmodule zu untersuchen, welche die Funktionsweise des CAR verändern. Ein solcher inhibitorischer CAR (iCAR) kann in Kombination mit einem aktivierenden CAR verwendet werden, um die T-Zellstimulation zu stören. Durch die Auswahl geeigneter Zielantigene für iCAR und CAR soll diese neuartige Anwendung die Selektivität gegenüber Tumorzellen verbessern und sie könnte mit unserer Screening-Plattform einfach untersucht werden. Dementsprechend haben wir CD19 spezifische iCARs mit inhibitorischem PD-1-Signalmodul hinsichtlich ihrer hemmenden Wirkung auf die Reportergenaktivierung getestet. In Kombination mit CAR- oder TCR-Stimulation wurde eine Abnahme der NF-κB- und NFAT-Signale nur dann beobachtet, wenn aktivierende und inhibitorische Rezeptoren in räumliche Nähe gebracht wurden. Diese Ergebnisse wurden durch Experimente mit primären T-Zellen weiter verifiziert.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass unser Reporterzellsystem als Plattformtechnologie von großem Wert ist, da es die Analyse unabhängig von primären T-Zellen erlaubt, zwischen Laboren exportierbar ist und angepasst werden kann, um klein bis groß angelegte Screenings mit CAR Bibliotheken zu ermöglichen. Die Auswahl geeigneter Kandidaten mit optimalen extrazellulären und intrazellulären Modulen kann die Anzahl der zu untersuchenden CAR-Konstrukte in anschließenden in vitro- und in vivo-Studien mit primären T-Zellen reduzieren. Wir sind daher überzeugt, dass unsere CAR-Screening-Plattform basierend auf NF-κB/NFAT-Reporterzellen hilfreich sein wird, um die translationale Forschung zu beschleunigen, indem sie die Untersuchung von neuen Designparametern in CARs erleichtert.
KW  - Antigenrezeptor
KW  - Screening
KW  - Chimeric Antigen Receptor
KW  - Library Screening
KW  - Reporter Cells
KW  - Chimärer Antigenrezeptor
KW  - Reporterzellen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179187
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt [geb. Wolf], Karen
T1  - Studies on the role of platelet serotonin in platelet function, hemostasis, thrombosis and stroke
T1  - Studien zur Rolle des Serotonins aus Thrombozyten für die Thrombozytenfunktion, Hämostase, Thrombose und Schlaganfall
N2  - Platelet activation and aggregation are important processes in hemostasis resulting in reduction of blood loss upon vessel wall injury. However, platelet activation can lead to thrombotic events causing myocardial infarction and stroke. A more detailed understanding of the regulation of platelet activation and the subsequent formation of thrombi is essential to prevent thrombosis and ischemic stroke. Cations, platelet surface receptors, cytoskeletal rearrangements, activation of the coagulation cas-cade and intracellular signaling molecules are important in platelet activation and thrombus formation. One such important molecule is serotonin (5 hydroxytryptamin, 5 HT), an indolamine platelet agonist, biochemically derived from tryptophan. 5 HT is secreted from the enterochromaffin cells into the gastrointestinal tract (GI) and blood. Blood borne 5 HT has been proposed to regulate hemostasis by acting as a vaso-constrictor and by triggering platelet signaling through 5 HT2A receptor. Although platelets do not synthetize 5 HT, they take it up from the blood and store it in their dense granules which are secreted upon platelet activation. To identify the molecu-lar composite of the 5 HT uptake system in platelets and elucidate the role of platelet released 5-HT in thrombosis and ischemic stroke, 5 HT transporter knock out mice (5Htt / ) were analyzed in different in vitro and in vivo assays and in a model of is-chemic stroke. In 5Htt /  platelets, 5 HT uptake from the blood was completely abol-ished and agonist-induced Ca2+ influx through store operated Ca2+ entry (SOCE), integrin activation, degranulation and aggregation responses to glycoprotein (GP) VI and C type lectin-like receptor 2 (CLEC 2) were reduced. These observed in vitro defects in 5Htt /  platelets could be normalized by the addition of exogenous 5 HT. Moreover, reduced 5 HT levels in the plasma, an increased bleeding time and the formation of unstable thrombi were observed ex vivo under flow and in vivo in the abdominal aorta and carotid artery of 5Htt /  mice. Surprisingly, in the transient middle cerebral artery occlusion model (tMCAO) of ischemic stroke 5Htt /  mice showed near-ly normal infarct volumes and a neurological outcome comparable to control mice. Although secreted platelet 5 HT does not appear to play a crucial role in the devel-opment of reperfusion injury after stroke, it is essential to amplify the second phase of platelet activation through SOCE and thus plays an important role in thrombus stabilization.
To further investigate the role of cations, granules and their contents and regulation of integrin activation in the process of thrombus formation, genetically modified mice were analyzed in the different in vivo thrombosis models. Whereas Tph1 /  mice (lacking the enzyme responsible for the production of 5 HT in the periphery), Trpm7KI (point mu-tation in the kinase domain of Trpm7 channel, lacking kinase activity) and Unc13d / /Nbeal2 /  mice (lacking α granules and the release machinery of dense granules) showed a delayed thrombus formation in vivo, MagT1y/  mice (lacking a specific Mg2+ transporter) displayed a pro thrombotic phenotype in vivo. Trpm7fl/fl Pf4Cre (lacking the non specific Mg2+ channel) and RIAM /  mice (lacking a potential linker protein in integrin “inside out” signaling) showed no alterations in thrombus formation upon injury of the vessel wall.
N2  - Thrombozytenaktivierung und Aggregation sind wichtige Schritte der Hämostase, die zur Reduktion des Blutverlustes bei Gefäßwandverletzung führen. Jedoch kann die Aktivierung von Thrombozyten zur Thrombose führen, wodurch Herzinfarkt und Schlaganfall entstehen kann. Ein besseres Verständnis der Regulierung der Throm-bozytenaktivierung und die darauf folgende Thrombusbildung sind notwendig, um Thrombose und Hirninfarkte zu vermeiden. Kationen, Thrombozy-ten Oberflächenrezeptoren, Zytoskelett Reorganisation, Aktivierung der Koagulati-onskaskade und intrazellulare Signalmoleküle sind wichtig in der Thrombozytenakti-vierung und Thrombusbildung. Solch ein wichtiges Molekül ist Serotonin (5 hydroxytryptamin, 5 HT), ein Indolamin Thrombozyten-Agonist, welcher aus Tryp-tophan synthetisiert wird. 5 HT wird aus den Enterochromaffinzellen in den Gastroin-testinaltrakt (GI) und das Blut abgegeben. 5 HT aus dem Blut wirkt als Regulator der Hämostase durch die Wirkung als Vasokonstriktor und die Auslösung der Throm-bozyten-Signalwege durch den 5 HT2A Rezeptor. Thrombozyten synthetisieren kein 5 HT, sondern nehmen es aus dem Blut auf und speichern es in den dichten Granu-la, die nach der Thrombozyten-Aktivierung freigesetzt werden. Um die molekulare Zusammensetzung des 5 HT Aufnahmesystems in Thrombozyten zu identifizieren und die Rolle des 5 HT aus Thrombozyten in Thrombose und ischämischem Schlag-anfalls zu klären, wurde eine 5 HT Transporter-defiziente Mauslinie (5Htt / ) in ver-schiedenen in vitro und in vivo Untersuchungen und im Model des ischämischen Schlaganfalls analysiert. In 5Htt /  Thrombozyten ist die Aufnahme von 5 HT aus dem Blut vollständig geblockt und Agonisten-induzierter Ca2+ Fluss durch Speicher-abhängigen Ca2+ Einstrom (SOCE), Integrinaktivierung, Degranulierung und Aggre-gation abhängig von Glykoprotein (GP) VI und C type lectin-like receptor 2 (CLEC 2) waren reduziert. Diese in vitro beobachteten Defekte in 5Htt /  Thrombozyten konnten durch Zugabe von 5 HT normalisiert werden. Zudem wurden reduzierte 5 HT Werte im Plasma, eine erhöhte Blutungszeit und die Bildung von instabilen Thromben ex vivo unter Fluss und in vivo in der abdominalen Aorta und der Carotis von 5Htt /  Mäusen beobachtet. Überraschenderweise zeigten die 5Htt /  Mäuse nach transientem Verschluss der A. cerebri media (tMCAO), einem Modell des ischämi-schen Schlaganfalls, ein normales Infarktvolumen und einen unveränderten neurolo-gischen Endzustand im Vergleich zu Kontrollmäusen. Obwohl sekretiertes 5 HT aus Thrombozyten keine wesentliche Rolle in der Entwicklung eines Reperfusionsscha-dens nach einem Schlaganfall spielt, ist es essentiell in der Verstärkung der zweiten Phase der Thrombozytenaktivierung durch SOCE und spielt eine wichtige Rolle in der Thrombusstabilität.
Um die Rolle von Kationen, Granula und deren Bestandteile und der Regulierung in der Integrinaktivierung im Prozess der Thrombusbildung zu untersuchen, wurden genetisch veränderte Mäuse in den verschiedenen in vivo Thrombosemodellen ge-testet. Während Tph1 /  Mäuse (denen das Enzym zur Produktion von 5 HT in der Peripherie fehlt), Trpm7KI (Punktmutation in der Kinasedomäne des Trpm7 Kanals, Fehlen der Kinase Aktivität) und Unc13d / /Nbeal2 /  Mäuse (denen die α Granula und die Freisetzungsmaschinerie der dichten Granula fehlt) und keine oder eine verlang-samte Thrombusbildung zeigten, wiesen MagT1y/  Mäuse (denen der spezifische Mg2+ Transporter fehlt) einen prothrombotischen Phänotyp auf. Trpm7fl/fl Pf4Cre Mäuse (denen der nicht spezifische Mg2+ Kanal fehlt) und RIAM /  Mäuse (denen ein potenti-elles Linker Protein im Integrin “inside out” Signal fehlt) zeigten keine Veränderung in der Thrombus Bildung nach Verletzung der Gefäßwand.
KW  - Biomedicine
KW  - Serotonin
KW  - Blutgerinnung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-134711
ER  - 
TY  - THES
A1  - Uri, Anna
T1  - Differential requirement for CD28 co-stimulation on donor T cell subsets in mouse models of acute graft versus host disease and graft versus tumour effect
T1  - Unterschiedlicher Einfluss der CD28 Kostimulation auf Donor-T Zell-Populationen in Mausmodellen der akuten Graft-versus-Host Disease und des Graft-versus-Tumor Effekts
N2  - Hematopoietic stem cell transplantation is a curative therapy for malignant diseases of the haematopoietic system. The patients first undergo chemotherapy or irradiation therapy which depletes the majority of tumour cells before they receive the transplant, consisting of haematopoietic stem cells and mature T cells from a healthy donor. The donor T cells kill malignant cells that have not been eliminated by the conditioning therapy (graft versus leukaemia effect, GvL), and, therefore, are crucially required to prevent relapse of the tumour. However, the donor T cells may also severely damage the patient’s organs causing acute graft versus host disease (aGvHD). In mice, aGvHD can be prevented by interfering with the co-stimulatory CD28 signal on donor T cells. However, experimental models using conventional CD28 knockout mice as T cell donors or αCD28 antibodies have some disadvantages, i.e. impaired T cell development in the thymus of CD28 knockout mice and systemic CD28 blockade with αCD28 antibodies. Thus, it remains unclear how CD28 co-stimulation on different donor T cell subsets contributes to the GvL effect and aGvHD, respectively. 
We developed mouse models of aGvHD and the GvL effect that allowed to selectively delete CD28 on certain donor T cell populations or on all donor T cells. CD4+ conventional T cells (Tconv cells), regulatory T cells (Treg cells) or CD8+ T cells were isolated from either Tamoxifen-inducible CD28 knockout (iCD28KO) mice or their wild type (wt) littermates. Allogeneic recipient mice were then transplanted with T cell depleted bone marrow cells and different combinations of iCD28KO and wt T cell subsets. Tamoxifen treatment of the recipients caused irreversible CD28 deletion on the iCD28KO donor T cell population. In order to study the GvL response, BCL-1 tumour cells were injected into the mice shortly before transfer of the T cells.
CD4+ Tconv mediated aGvHD was efficiently inhibited when wt Treg cells were co-transplanted. In contrast, after selective CD28 deletion on donor Treg cells, the mice developed a late and lethal flare of aGvHD, i.e. late-onset aGvHD. This was associated with a decline in iCD28KO Treg cell numbers around day 20 after transplantation. CD28 ablation on either donor CD4+ Tconv cells or CD8+ T cells reduced but did not abrogate aGvHD. Moreover, iCD28KO and wt CD8+ T cells were equally capable of killing allogeneic target cells in vivo and in vitro. Due to this sufficient anti-tumour activity of iCD28KO CD8+ T cells, they had a therapeutic effect in our GvL model and 25% of the mice survived until the end of the experiment (day 120) without any sign of the malignant disease. Similarly, CD28 deletion on all donor T cells induced long-term survival. This was not the case when all donor T cells were isolated from wt donor mice. In contrast to the beneficial outcome after CD28 deletion on all donor T cells or only CD8+ T cells, selective CD28 deletion on donor CD4+ Tconv cells completely abrogated the GvL effect due to insufficient CD4+ T cell help from iCD28KO CD4+ Tconv cells. 
This study demonstrates that therapeutic inhibition of the co-stimulatory CD28 signal in either all donor T cells or only in CD8+ T cells might protect patients from aGvHD without increasing the risk of relapse of the underlying disease. Moreover, deletion of CD28 on donor Treg cells constitutes a mouse model of late-onset aGvHD which can be a useful tool in aGvHD research.
N2  - Die hämatopoetische Stammzelltransplantation ist eine heilende Therapie für maligne Erkrankungen des blutbildenden Systems. Die Patienten müssen sich zuerst einer Chemotherapie oder einer Strahlentherapie unterziehen, welche den Großteil der Tumorzellen beseitigt, bevor sie das Transplantat erhalten. Dieses besteht aus hämatopoetischen Stammzellen und reifen T-Zellen eines gesunden Spenders. Die transplantierten T-Zellen töten die malignen Zellen, die zuvor durch die Chemo- bzw. Strahlentherapie nicht zerstört wurden (Graft versus Leukämie Effekt, GvL), und sind daher essenziell, um ein Rezidiv der Tumorerkrankung zu verhindern. Die T-Zellen des Spenders können aber auch die Organe des Patienten schwer schädigen und dadurch die akute Graft versus Host Disease (aGvHD) verursachen. In Mäusen kann die aGvHD verhindert werden, indem man das kostimulatorische Signal des CD28 Moleküls moduliert. Mausmodelle, in denen konventionelle CD28 Knock-out Mäuse als T-Zell-Donoren verwendet werden oder αCD28 Antikörper eingesetzt werden, haben einige Nachteile, wie zum Beispiel eine gestörte T-Zell Entwicklung in CD28 Knock-out Mäusen oder die systemische Blockade des CD28 Moleküls mit Antikörpern. Dadurch blieb bislang unklar, inwiefern CD28-Kostimulation auf verschiedenen T-Zell-Populationen zum GvL Effekt und zur aGvHD beiträgt. 
Wir haben Mausmodelle der aGvHD und des GvL Effekts entwickelt, die ermöglichen, das CD28 Molekül entweder nur auf bestimmten Spender-T-Zell-Populationen oder auf allen Spender-T-Zellen zu deletieren. Hierfür wurden CD4+ konventionelle T-Zellen (Tconv Zellen), regulatorische T Zellen (Treg Zellen) und CD8+ T-Zellen von Tamoxifen-induzierbaren CD28 Knockout (iCD28KO) Mäusen bzw. deren wildtypischen (wt) Wurfgeschwistern isoliert. Den allogenen Empfängermäusen wurden dann T-Zell-depletierte Knochenmarkszellen und verschiedene Kombinationen aus iCD28KO und wt Spender-T-Zellen transplantiert. Die Behandlung der Empfängertiere mit Tamoxifen führte zu einer irreversiblen Deletion von CD28 auf den iCD28KO T-Zell-Populationen. Um den GvL Effekt zu untersuchen, wurden den Mäusen kurz vor dem T-Zell-Transfer BCL-1 Tumorzellen injiziert.
Die von den CD4+ Tconv Zellen verursachte aGvHD konnte sehr gut kontrolliert werden, indem zusätzlich wt Treg Zellen transplantiert wurden. Im Gegensatz dazu entwickelten die Mäuse einen späten und tödlichen Schub der aGvHD, auch late-onset aGvHD genannt, wenn die CD28 Expression auf den Treg Zellen des Spenders deletiert wurde. Dies ging mit einem Rückgang der iCD28KO Treg-Zellzahlen ca. 20 Tage nach Transplantation einher. Die Deletion von CD28 auf CD4+ Tconv Zellen oder auf CD8+ T-Zellen reduzierte die aGvHD, konnte diese aber nicht vollständig verhindern. Des Weiteren waren iCD28KO und wildtypische CD8+ T-Zellen gleichermaßen in der Lage, allogene Zellen zu töten, in vivo wie auch in vitro. Aufgrund dieser hinreichenden Anti-Tumor-Antwort hatten iCD28KO CD8+ T-Zellen einen therapeutischen Effekt in unserem GvL Modell und 25 % der Tiere überlebte bis zum Versuchsende (Tag 120) ohne Anzeichen des Tumors. Ein Langzeitüberleben der Tiere wurde auch beobachtet, wenn das CD28 Molekül auf allen Spender-T-Zellen fehlte. Dies war nicht der Fall, wenn alle Spender-T-Zellen von wt Mäusen isoliert wurden. Im Gegensatz zur CD28 Deletion auf entweder allen Spender-T-Zellen oder nur auf den CD8+ T-Zellen, ging der GvL Effekt vollständig verloren, wenn CD28 nur auf den CD4+ Tconv Zellen entfernt wurde, da diese dann keine ausreichende T-Zellhilfe mehr leisten konnten. 
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine therapeutische Blockade des kostimulatorischen CD28 Signals entweder in allen Spender T-Zellen oder nur in CD8+ T-Zellen vor der aGvHD schützen könnte ohne gleichzeitig das Risiko eines Rezidivs zu erhöhen. Darüber hinaus steht mit der Deletion von CD28 auf Treg Zellen ein Mausmodell der late-onset aGvHD zur Verfügung, welches für die weitere Erforschung dieser Krankheit nützlich sein kann.
KW  - Antigen CD28
KW  - Transplantat-Wirt-Reaktion
KW  - Maus
KW  - Graft versus host disease
KW  - GvHD
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165863
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kaymak, Irem
T1  - Identification of metabolic liabilities in 3D models of cancer
T1  - Identifikation metabolischer Abhängigkeiten in 3D Tumormodellen
N2  - Inefficient vascularisation of solid tumours leads to the formation of oxygen and nutrient gradients. In order to mimic this specific feature of the tumour microenvironment, a multicellular tumour spheroid (SPH) culture system was used. These experiments were implemented in p53 isogenic colon cancer cell lines (HCT116 p53 +/+ and HCT116 p53-/-) since Tp53 has important regulatory functions in tumour metabolism. First, the characteristics of the cells cultured as monolayers and as spheroids were investigated by using RNA sequencing and metabolomics to compare gene expression and metabolic features of cells grown in different conditions. This analysis showed that certain features of gene expression found in tumours are also present in spheroids but not in monolayer cultures, including reduced proliferation and induction of hypoxia related genes. Moreover, comparison between the different genotypes revealed that the expression of genes involved in cholesterol homeostasis is induced in p53 deficient cells compared to p53 wild type cells and this difference was only detected in spheroids and tumour samples but not in monolayer cultures. In addition, it was established that loss of p53 leads to the induction of enzymes of the mevalonate pathway via activation of the transcription factor SREBP2, resulting in a metabolic rewiring that supports the generation of ubiquinone (coenzyme Q10). An adequate supply of ubiquinone was essential to support mitochondrial electron transport and pyrimidine biosynthesis in p53 deficient cancer cells under conditions of metabolic stress. Moreover, inhibition of the mevalonate pathway using statins selectively induced oxidative stress and apoptosis in p53 deficient colon cancer cells exposed to oxygen and nutrient deprivation. This was caused by ubiquinone being required for electron transfer by dihydroorotate dehydrogenase, an essential enzyme of the pyrimidine nucleotide biosynthesis pathway. Supplementation with exogenous nucleosides relieved the demand for electron transfer and restored viability of p53 deficient cancer cells under metabolic stress. Moreover, the mevalonate pathway was also essential for the synthesis of ubiquinone for nucleotide biosynthesis to support growth of intestinal tumour organoids. Together, these findings highlight the importance of the mevalonate pathway in cancer cells and provide molecular evidence for an enhanced sensitivity towards the inhibition of mitochondrial electron transfer in tumour-like metabolic environments.
N2  - In soliden Tumoren führt die ineffiziente Bildung von Blutgefäßen (Vaskularisierung) zu einem Nährstoff- und Sauerstoffgradienten im gesamten Tumor, welches eine spezifische Tumormikroumgebung schafft. Um diese Tumorumgebung nachzuahmen, wurde ein spezielles multi-zelluläres Tumorsphäroid (SPH) Zellkultursystem verwendet. Da Tp53 wichtige regulatorische Funktionen im Tumormetabolismus hat, wurde zur Generierung von Sphäroiden p53 isogene Darmkrebs-Zelllinen HCT116 (p53 +/+ und p53 -/-) verwendet. Zunächst wurden die Sphäroide mittels RNA Sequenzierung und Metabolomik charakterisiert, um die Genexpression und metabolischen Eigenschaften in verschiedenen Zellkulturbedingungen zu vergleichen. Diese Analyse hat gezeigt, dass gewisse Genexpressionsmuster in Tumoren wie beispielsweise Proliferations- und Hypoxia verwandte Gene in Sphäroiden übereinstimmen, nicht jedoch in Monolayer-Kulturen. Vergleicht man die zwei unterschiedlichen Genotypen miteinander, so sind Gene, die in der Cholesterinhomöostase involviert sind, in p53 defizienten Zellen induziert, nicht jedoch in p53 wildtypischen Zellen. Dieser Unterschied ist in Sphäroiden vorhanden, nicht jedoch in Monolayer-Kulturen. Verlust von p53 führt über die Aktivierung des Transkriptionsfaktors SREBP2 zur Induktion von Enzymen des Mevalonat-Synthesewegs und zudem zu einer neuen metabolischen Vernetzung, die die Generierung von Ubichinon (Coenzym Q10) unterstützt. Eine ausreichende Ubichinon-Versorgung ist wichtig, um den mitochondrialen Elektronentransport und die Pyrimidin-Biosynthese in p53-defizienten Krebszellen unter metabolischen Stressbedingungen zu unterstützen. Darüber hinaus induziert die Inhibition des Mevalonat-Synthesewegs durch Statine in p53-defizienten Darmkrebszellen, die Sauerstoff und Nährstoffmangel ausgesetzt sind, selektiv oxidativen Stress und Apoptose. Verursacht wird dies durch einen Mangel an Ubichinon, welches für den Elektronentransfer der Dihydroorotatdehydrogenase, einem essentiellen Enzym der Pyrimidinnukleotid-Biosynthese, notwendig ist. Gabe von exogenen Nukleosiden entlastete die Nachfrage an Elektronentransfer und stellte die Lebensfähigkeit von p53-defizienten Krebszellen unter metabolischem Stress wieder her. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der Mevalonat-Syntheseweg auch für die Synthese von Ubichinon für die Pyrimidinnukleotid-Biosynthese unerlässlich ist, um das Wachstum von Darmtumor-Organoiden zu unterstützen. Zusammengenommen interstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung des Mevalonat-Syntheseweg in Krebszellen und liefern den molekularen Mechanismus für die erhöhte Empfindlichkeit von Tumorzellen gegenüber der Hemmung des mitochondrialen Elektronentransfers in einer Tumor-ähnlichen Stoffwechselumgebung.
KW  - p53
KW  - cancer
KW  - CoQ10
KW  - Tumor
KW  - Modell
KW  - Stoffwechsel
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-181544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Simon, Katja
T1  - Identifying the role of Myb-MuvB in gene expression and proliferation of lung cancer cells
T1  - Identifizierung der Rolle des Myb-MuvB in der Genexpression und der Proliferation von Lungenkrebszellen
N2  - The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). 
This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. 
In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker.
N2  - Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). 
Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. 
In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.
KW  - Lungenkrebs
KW  - MMB
KW  - B-MYB
KW  - K-RAS
KW  - lung cancer
KW  - Mitose
KW  - Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161814
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heck, Johannes
T1  - Role of cyclase-associated protein 2 in platelet function and description of an inherited macrothrombocytopenia
T1  - Rolle von cyclase-associated protein 2 in der Thrombozytenfunktion und Beschreibung einer erblich bedingten Makrothrombozytopenie
N2  - Cyclase-associated protein (CAP)2 is an evolutionarily highly conserved actin-binding protein implicated in striated muscle development, carcinogenesis, and wound healing in mammals. To date, the presence as well as the putative role(s) of CAP2 in platelets, however, remain unknown. Therefore, mice constitutively lacking CAP2 (Cap2gt/gt mice) were examined for platelet function. These studies confirmed the presence of both mammalian CAP isoforms, CAP1 and CAP2, in platelets. CAP2-deficient platelets were slightly larger than WT controls and displayed increased GPIIbIIIa activation and P-selectin recruitment in response to the (hem)ITAM-specific agonists collagen-related peptide and rhodocytin. However, spreading of CAP2-deficient platelets on a fibrinogen matrix was unaltered. In conclusion, the functionally redundant CAP1 isoform may compensate for the lack of CAP2 in murine platelets. Moreover, the studies presented in this thesis unveiled a severe macrothrombocytopenia that occurred independently of the targeted Cap2 allele and which was preliminarily termed orphan (orph). Crossing of the respective mice to C57BL/6J wild-type animals revealed an autosomal recessive inheritance. Orph mice were anemic and developed splenomegaly as well as BM fibrosis, suggesting a general hematopoietic defect. Strikingly, BM MKs of orph mice demonstrated an aberrant morphology and appeared to release platelets ectopically into the BM cavity, thus pointing to defective thrombopoiesis as cause for the low platelet counts. Orph platelets exhibited marked activation defects and spread poorly on fibrinogen. The unaltered protein content strongly suggested a defective alpha-granule release to account for the observed hyporesponsiveness. In addition, the cytoskeleton of orph platelets was characterized by disorganized microtubules and accumulations of filamentous actin. However, further experiments are required to elucidate the activation defects and cytoskeletal abnormalities in orph platelets. Above all, the gene mutation responsible for the phenotype of orph mice needs to be determined by next-generation sequencing in order to shed light on the underlying genetic and mechanistic cause.
N2  - Cyclase-associated protein 2 (CAP)2 ist ein evolutionär hoch konserviertes Aktin-bindendes Protein, welches in der Entwicklung der quergestreiften Muskulatur, der Krebsentstehung und der Wundheilung von Säugetieren eine Rolle spielt. Bis heute sind jedoch das Vorhandensein sowie die mutmaßliche(n) Funktion(en) von CAP2 in Thrombozyten unbekannt. Aus diesem Grund wurden Mäuse, denen konstitutiv CAP2 fehlt (Cap2gt/gt-Mäuse), im Hinblick auf ihre Thrombozytenfunktion untersucht. Diese Untersuchungen bestätigten die Anwesenheit beider Säugetierisoforme von CAP, CAP1 und CAP2, in Thrombozyten. CAP2-defiziente Thrombozyten waren geringfügig größer als WT-Kontrollen und zeigten eine erhöhte GPIIbIIIa-Aktivierung und P-Selektin-Rekrutierung nach Stimulation durch die (hem)ITAM-spezifischen Agonisten collagen-related peptide und Rhodozytin. Demgegenüber verlief die Adhäsion (sog. spreading) CAP2-defizienter Thrombozyten auf einer Fibrinogen-Matrix unverändert. Dies legt den Schluss nahe, dass die funktionell redundante CAP1-Isoform in der Lage ist, den Mangel an CAP2 in Mäusethrombozyten zu kompensieren. Darüber hinaus offenbarten die in dieser Dissertation präsentierten Untersuchungen eine schwere Makrothrombozytopenie, welche unabhängig von dem veränderten Cap2-Allel auftrat und welche vorläufig als orphan (orph) bezeichnet wurde. Das Kreuzen der entsprechenden Mäuse mit C57BL/6J-Wildtyp-Tieren enthüllte einen autosomal rezessiven Erbgang. Orph-Mäuse waren anämisch und entwickelten eine Milzvergrößerung sowie eine Knochenmarkfibrose, was einen generellen hämatopoetischen Defekt nahelegte. Bemerkenswerterweise waren Knochenmarksmegakaryozten von orph-Mäusen morphologisch auffällig und gaben allem Anschein nach Thrombozyten ektop in das Knochenmarkstroma ab, was auf eine defekte Thrombopoese als Ursache für die niedrigen Thrombozytenzahlen hindeutet. Orph-Thrombozyten zeigten ausgesprochene Aktivierungsdefekte und adhärierten kaum auf Fibrinogen. Der unveränderte Gehalt an Proteinen lenkte den Verdacht auf eine defekte Exozytose von Alpha-Granula als Ursache der Mindererregbarkeit. Des Weiteren war das Zytoskelett von orph-Thrombozyten durch unorganisierte Mikrotubuli und Akkumulationen von filamentösem Aktin charakterisiert. Weitere Experimente sind jedoch notwendig, um die Aktivierungsdefekte und die Zytoskelettveränderungen aufzuklären. Vor allem aber muss die Genmutation, welche für den Phänotyp der orph-Mäuse verantwortlich ist, mittels Sequenziermethoden der nächsten Generation (next-generation sequencing) aufgeklärt werden um Aufschluss über die zugrunde liegende genetische und mechanistische Ursache zu geben.
KW  - Thrombozyt
KW  - Actin
KW  - Actin-bindende Proteine
KW  - Thrombozytopenie
KW  - platelets
KW  - actin cytoskeleton
KW  - actin-binding proteins
KW  - cyclase-associated protein
KW  - cyclase-associated protein 2
KW  - inherited macrothrombocytopenia
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179968
ER  - 
TY  - THES
A1  - Awad, Eman Da'as
T1  - Modulation of insulin-induced genotoxicity in vitro and genomic damage in gestational diabetes
T1  - Modulation der Insulin-induzierten Genotoxizität in vitro und Genomschäden bei Frauen mit Gestationsdiabetes
N2  - Diabetes mellitus is a global health problem, where the risk of diabetes increases rapidly
due to the lifestyle changes. Patients with type II diabetes have many complications
with increased risk of morbidity and mortality. High levels of insulin may lead to DNA
oxidation and damage. Several studies proposed that hyperinsulinemia may be an
important risk factor for various types of cancer. To investigate insulin signaling
pathway inducing oxidative stress and genomic damage, pharmaceutical and natural
compounds which can interfere with the insulin pathway including PI3K inhibitors,
resveratrol, lovastatin, and RAD-001 were selected due to their beneficial effects
against metabolic disorder. Thus, the anti-genotoxic potential of these compounds
regarding insulin-mediated oxidative stress were investigated in normal rat kidney cells
in vitro. Our compounds showed protective effect against genotoxic damage and
significantly decreased reactive oxygen specious after treatment of cells with insulin
with different mechanisms of protection between the compounds. Thus, these
compounds may be attractive candidates for future support of diabetes mellitus therapy.
Next, we explored the link between gestational diabetes mellitus and genomic damage
in cells derived from human blood. Moreover, we investigated the influence of
estradiol, progesterone, adrenaline and triiodothyronine on insulin-induced genomic
damage in vitro. First, we studied the effect of these hormones in human promyelocytic
leukemia cells and next ex vivo with non-stimulated and stimulated peripheral blood
mononuclear cells. In parallel, we also measured the basal genomic damage using three
conditions (whole blood, non-stimulated and stimulated peripheral blood mononuclear
cells) in a small patient study including non-pregnant controls with/without hormonal
contraceptives, with a subgroup of obese women, pregnant women, and gestational
diabetes affected women. A second-time point after delivery was also applied for
analysis of the blood samples. Our results showed that GDM subjects and obese
individuals exhibited higher basal DNA damage compared to lower weight nonpregnant
or healthy pregnant women in stimulated peripheral blood mononuclear cells
in both comet and micronucleus assays. On the other hand, the DNA damage in GDM
women had decreased at two months after birth. Moreover, the applied hormones also
showed an influence in vitro in the enhancement of the genomic damage in cells of the control and pregnant groups but this damage did not exceed the damage which existed
in obese and gestational diabetes mellitus patients with high level of genomic damage.
In conclusion, insulin can induce genomic damage in cultured cells, which can be
modulated by pharmaceutical and naturals substances. This may be for future use in the
protection of diabetic patients, who suffer from hyperinsulinemia during certain disease
stages. A particular form of diabetes, GDM, was shown to lead to elevated DNA
damage in affected women, which is reduced again after delivery. Cells of affected
women do not show an enhanced, but rather a reduced sensitivity for further DNA
damage induction by hormonal treatment in vitro. A potential reason may be an
existence of a maximally inducible damage by hormonal influences.
N2  - Diabetes mellitus stellt eine globales Gesundheitsproblem dar, das aufgrund der sich
ändernden Lebensführung rapide ansteigt. Bei Patienten mit Diabetes Typ II kommt es
verstärkt zu Komplikationen, was eine erhöhte Morbidität und Mortalität zur Folge hat.
Ein hoher Insulinspiegel kann zur DNA-Oxidation und damit zu DNA-Schäden führen.
Diverse Studien postulieren, dass Hyperinsulinämie ein entscheidender Risikofaktor
für verschiedene Krebserkrankungen darstellt. Zur Untersuchung des Insulin-
Signaltransduktionsweg, über den oxidativer Stress und daraus resultierender
Genomschäden induziert werden, wurden aus diversen Pharmazeutika und
Naturstoffen, welche den Insulin-Signalweg beeinträchtigen, PI3K Inhibitoren,
Resveratrol, Lovastatin und RAD-001 aufgrund ihrer positiven Effekte bei
Stoffwechselerkrankungen, ausgewählt.
Mit diesen Verbindungen wurde die anti-Genotoxizität (Schutzwirkung) hinsichtlich
des durch Insulin induzierten oxidativen Stresses und Genomschadens in einer
primären Nierenzelllinie der Ratte in vitro untersucht.
Unsere Ergebnisse zeigten protektive Effekte der ausgewählten Substanzen hinsichtlich
genotoxischer Schäden sowie einen signifikanten Rückgang reaktiver
Sauerstoffspezies bei insulinbehandelten Zellen, wobei der Wirkmechanismus
zwischen den Substanzen jedoch unterschiedlich war. Somit handelt es sich bei den
untersuchten Stoffen um äußerst interessante Verbindungen, die in der Zukunft
Diabetes mellitus Therapien unterstützen könnten.
Außerdem untersuchten wir den Zusammenhang zwischen Schwangerschaftsdiabetes
und Genomschäden in humanen Blutzellen. Dafür verwendeten wir neben humanen
HL-60 Zellen nicht stimulierte sowie mit Hilfe von Phytohemagglutinin (PHA) zur
Aufnahme des Zellzyklus stimulierte periphere mononukleäre Blutzellen von gesunden
sowie von Gestationsdiabetes betroffenen Probandinnen. Wir analysierten zunächst
den Einfluss von Östradiol, Progesteron, Adrenalin und Triiodthyronin auf den
Genomschaden dieser Zellen in vitro.. Parallel dazu bestimmten wir in die basalen
Genomschäden im Vollblut, in nicht stimulierten sowie in PHA-stimulierten peripheren
mononukleären Blutzellen. Diese Studie schloss nicht-schwangere Frauen mit bzw.
ohne Einnahme hormoneller Kontrazeptiva sowie je eine Subgruppen mit
übergewichtigen Frauen, gesunden schwangeren Frauen und Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes ein. Bei Schwangeren wurde einige Zeit nach der
Entbindung eine zweite Blutuntersuchung durchgeführt. Wir konnten zeigen, dass
Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes sowie übergewichtige Frauen im Vergleich zu
normalgewichtigen, nicht-schwangeren Frauen sowie gesunden schwangeren Frauen
mehr basale DNA-Schäden sowohl im Comet-Assay als auch im Mikrokern-Test in
stimulierten peripheren mononuklearen Zellen aufweisen. Des Weiteren sanken die
DNA-Schäden bei Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes zwei Monate nach der Geburt.
Darüber hinaus verstärkten die verwendeten Hormone in vitro die zellulären
Genomschäden, jedoch überstiegen sie nicht die größere Menge an DNA-Schäden,
welche bei übergewichtigen Frauen bzw. Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes
nachgewiesenen wurden.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Insulin Zellschäden in vitro induzieren
kann, die jedoch durch Pharmazeutika und Naturstoffen reguliert werden können. Diese
Erkenntnis könnte zukünftig Diabetespatienten helfen, die an Hyperinsulinämie leiden.
Schwangerschaftsdiabetes, eine besondere Form des Diabetes, führt zu erhöhten DNASchäden
bei betroffenen Frauen, die sich nach der Geburt jedoch wieder verringern.
Die Zellen betroffener Frauen zeigen keine erhöhte, sondern vielmehr eine verminderte
Sensitivität für weiteren DNA-Schäden durch hormonelle Behandlung in vitro. Eine
mögliche Erklärung dafür könnte sein, dass eine maximal induzierbare Zahl an DNASchäden,
die durch hormonelle Einflüsse bzw. daraus resultierenden Aktivierungen von
Signalkaskaden hervorgerufen werden können, existiert.
KW  - Gestationsdiabetes
KW  - DNA-Schäden
KW  - Insulin
KW  - Gestational diabetes
KW  - DNA damage
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161866
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kruber, Philip
T1  - Functional analysis of DROSHA and SIX1 mutations in kidney development and Wilms tumor
T1  - Funktionelle Analysen von DROSHA und SIX1 Mutationen in der Nierenentwicklung und dem Wilms Tumor
N2  - Wilms tumor (WT) is the most common kidney cancer in childhood. It is a genetically heterogeneous tumor and several genetic alterations have been identified in WT patients. Recurrent mutations were found in the homeo-domain of SIX1 and SIX2 in high proliferative tumors (18.1% of the blastemal-type tumors) as well as in the microprocessor genes DROSHA and DGCR8 (18.2% of the blastemal-type tumors), indicating a critical role of the SIX-SALL pathway and aberrant miRNA processing in WT formation. Underlined by the fact that a significant overlap between mutations in DROSHA and SIX1 was found, indicating a synergistic effect.
To characterize the in vivo role of DROSHA and SIX mutations during kidney development and their oncogenic potential, I analyzed mouse lines with either a targeted deletion of Drosha or an inducible expression of human DROSHA or SIX1 carrying a tumor-specific E1147K or Q177R mutation, respectively.
The DROSHA mutation E1147K was predicted to act in a dominant negative manner. Six2-cre mediated deletion of Drosha in nephron progenitors led to a lethal phenotype with apoptotic loss of progenitor cells and early termination of nephrogenesis. Mosaic deletions via Wt1-creERT2 resulted in a milder phenotype with viable offspring that developed proteinuria after 2-4 weeks, but no evidence of tumor formation. Activation of the DROSHA-E1147K transgene via Six2-cre, on the other hand, induced a more severe phenotype with apoptosis of progenitor cells, proteinuria and glomerular sclerosis. The severely growth-retarded mice died within the first two months. This strong phenotype was consistent with the predicted dominant-negative effect of DROSHA-E1147K.
Analysis of the SIX1-Q177R mutation suggested that the mutation leads to a shift in DNA binding specificity instead of a complete loss of DNA binding. This may end up in subtle changes of the gene regulatory capacity of SIX1. Six2-cre mediated activation of SIX1-Q177R lead to a viable phenotype with no alterations or shortened life span. Yet a global activation of SIX1-Q177R mediated by Zp3-cre resulted in bilateral hydronephrosis and juvenile death of the mice.
To mimic the synergistic effect of DROSHA and SIX1 mutations, I generated compound mutants in two combinations: A homozygous deletion of Drosha combined with an activation of SIX1-Q177R and a compound mutant with activation of DROSHA-E1147K and SIX1-Q177R. Each mouse model variant displayed new phenotypical alterations. Mice with Six2-cre mediated homozygous deletion of Drosha and activation of SIX1-Q177R were not viable, yet heterozygous deletion of Drosha and activation of SIX1-Q177R led to hydronephrosis, proteinuria and an early death around stage P28. Combined activation of DROSHA-E1147K and SIX1-Q177R under Six2-cre resulted in proteinuria, glomerulosclerosis and lesions inside the kidney. These mice also suffered from juvenile death. Both mouse models could confirm the predicted synergistic effect.
While these results underscore the importance of a viable self-renewing progenitor pool for kidney development, there was no evidence of tumor formation. This suggests that either additional alterations in mitogenic or antiapoptotic pathways are needed for malignant transformation, or premature loss of a susceptible target cell population and early lethality prevent WT formation.
N2  - Der Wilms Tumor ist der am häufigsten auftretende Nierentumor im Kindesalter. Er ist genetisch heterogen und bisher wurden bereits verschiedene genetische Mutationen in Wilms Tumor Patienten gefunden. Es konnten wiederkehrende Mutationen in der Homeo-Domäne der Gene SIX1 und SIX2 und in den Genen des Mikroprozessorkomplexes DROSHA und DGCR8 gefunden werden. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass einerseits die gestörte Prozessierung von miRNAs und andererseits der SIX-SALL Signalweg eine wichtige Rolle im Entstehungsprozess des Wilms Tumors spielen. Des Weiteren konnte die Analyse der blastem-reichen Tumore einen möglichen synergetischen Effekt zwischen DROSHA und SIX1 aufzeigen.
Um die Bedeutung von DROSHA und SIX Mutationen für die Nierenentwicklung und für die Tumorgenese in vivo zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit Mausmodelle mit konditioneller Deletion von DROSHA oder induzierbarer Expression der DROSHA Mutation E1147K bzw. der SIX1 Mutation Q177R analysiert.
Es wurde vermutet, dass die E1147K Mutation einen dominant-negativen Effekt besitzt. Six2-cre vermittelte Deletion von DROSHA in Nierenvorläuferzellen führte zu einem letalen Phänotyp, der sich durch Apoptose von Vorläuferzellen und vorzeitigen Abbruch der Nephrogenese auszeichnete. Mosaik-Deletion mittels Wt1-creERT2 führte zu einem deutlich milderen Phänotyp. Die Nachkommen waren lebensfähig, entwickelten aber innerhalb der ersten 2-4 Wochen eine Proteinurie. Bei beiden, so erzeugten, Mauslinien konnten keine Tumorbildung feststellen werden. Aktivierung des DROSHA-E1147K Transgenes durch Six2-cre brachte einen deutlich gravierenderen Phänotyp hervor. Dieser zeichnete sich durch Apoptose von Vorläuferzellen, sowie Proteinurie und Glomerulosklerose aus. Die im Wachstum stark retardierten Mäuse starben innerhalb der ersten zwei Monate nach der Geburt. Dieser Phänotyp unterstreicht den vermuteten dominant-negativen Effekt von DROSHA-E1147K auch in vivo.
Analysen der Q177R Mutation konnten zeigen, dass diese Mutation in der Homeo-Domäne des SIX1 Genes wahrscheinlich nicht zu einem kompletten Verlust der Fähigkeit, DNA zu binden, führt, sondern eher eine leichte Verschiebung der DNA Bindespezifität als Folge hat. Das könnte eine subtile Veränderung in der Fähigkeit von SIX1 Gene zu regulieren bedeuten. Six2-cre vermittelte Aktivierung des SIX1-Q177R Transgenes hatte jedoch keinen sichtbaren Effekt für den Phänotyp der Mäuse. Dennoch hatte eine globale Aktivierung des Transgenes durch Zp3-cre bilaterale Hydronephrose und einen frühzeitigen Tod der Mäuse zur Folge.
Um den bereits vermuteten Synergieeffekt zwischen DROSHA-E1147K und SIX1-Q177R zu untersuchen, wurden zwei neue Mausgenotypen erzeugt. Einerseits wurde eine Mauslinie mit dem SIX1-Q177R Transgen und der Drosha Deletion, andererseits eine Mauslinie, die sowohl das SIX1-Q177R Transgen, als auch das DROSHA-E1147K Transgen besitzt, verpaart. Beide Mauslinien entwickelten jeweils neue Phänotypen. Mäuse mit Six2-cre vermittelter, homozygoter Deletion von Drosha und gleichzeitiger Aktvierung von SIX1-Q177R waren nicht lebensfähig, während Mäuse mit heterozygoter Deletion von Drosha und gleichzeitiger Aktvierung von SIX1-Q177R sehr wohl lebensfähig waren. Diese Mäuse entwickelten wiederum Hydronephrose, sowie Proteinurie und verstarben innerhalb des ersten Lebensmonats. Kombinierte Aktivierung von DROSHA-E1147K und SIX1-Q177R mittels Six2-cre führte ebenfalls zu Proteinurie. Jedoch litten die Mäuse nicht an Hydronephrose, sondern an Glomerulosklerose und Zystenbildung. Ebenfalls starben die Mäuse einen frühzeitigen Tod. Beide Mausmodelle konnten, durch die Ausprägung neuer Phänotypen, den vermuteten Synergieeffekt beweisen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, wie wichtig ein lebensfähiger Zellpool an selbst-erneuernden Vorläuferzellen für die Nierenentwicklung ist. Dennoch konnten keine Anzeichen für eine Tumorbildung gefunden werden. Das lässt vermuten, dass weitere genetische Veränderungen z.B. in mitogenen oder anti-apoptotischen Signalwegen von Nöten sind, um eine maligne Transformation zu gewährleisten. Natürlich könnte auch der frühzeitige Verlust der verantwortlichen Zellpopulation und das frühe Absterben der Embryos ein Hindernis für die Wilms Tumorbildung sein.
KW  - Nephroblastom
KW  - micro processor complex
KW  - DROSHA
KW  - Wilms tumor
KW  - kidney development
KW  - SIX1
KW  - Nephrogenese
KW  - Wilms-Tumor
KW  - microRNA
KW  - Genmutation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161418
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kiser, Dominik Pascal
T1  - Gene x Environment Interactions in Cdh13-deficient Mice: CDH13 as a Factor for Adaptation to the Environment
T1  - Gen x Umwelt-Interaktionen in Cdh13-defizienten Mäusen: CDH13 als ein Faktor für Umweltanpassung
N2  - Neurodevelopmental disorders, including attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and autism spectrum disorder (ASD) are disorders of mostly unknown etiopathogenesis, for which both genetic and environmental influences are expected to contribute to the phenotype observed in patients. Changes at all levels of brain function, from network connectivity between brain areas, over neuronal survival, synaptic connectivity and axonal growth, down to molecular changes and epigenetic modifications are suspected to play a key roles in these diseases, resulting in life-long behavioural changes.
Genome-wide association as well as copy-number variation studies have linked cadherin-13 (CDH13) as a novel genetic risk factor to neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders. CDH13 is highly expressed during embryonic brain development, as well as in the adult brain, where it is present in regions including the hippocampus, striatum and thalamus (among others) and is upregulated in response to chronic stress exposure. It is however unclear how CDH13 interacts with environmentally relevant cues, including stressful triggers, in the formation of long-lasting behavioural and molecular changes. It is currently unknown how the environment influences CDH13 and which long term changes in behaviour and gene expression are caused by their interaction. This work therefore investigates the interaction between CDH13 deficiency and neonatal maternal separation (MS) in mice with the aim to elucidate the function of CDH13 and its role in the response to early-life stress (ELS).
For this purpose, mixed litters of wild-type (Cdh13+/+), heterozygous (Cdh13+/-) and homozygous knockout (Cdh13-/-) mice were maternally separated from postnatal day 1 (PN1) to postnatal day 14 (PN14) for 3 hours each day (180MS; PN1-PN14). In a first series of experiments, these mice were subjected to a battery of behavioural tests starting at 8 weeks of age in order to assess motor activity, memory functions as well as measures of anxiety. Subsequently, expression of RNA in various brain regions was measured using quantitativ real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). A second cohort of mice was exposed to the same MS procedure, but was not behaviourally tested, to assess molecular changes in hippocampus using RNA sequencing.
Behavioural analysis revealed that MS had an overall anxiolytic-like effect, with mice after MS spending more time in the open arms of the elevated-plus-maze (EPM) and the light compartment in the light-dark box (LDB). As a notable exception, Cdh13-/- mice did not show an increase of time spent in the light compartment after MS compared to Cdh13+/+ and Cdh13+/- MS mice. During the Barnes-maze learning task, mice of most groups showed a similar ability in learning the location of the escape hole, both in terms of primary latency and primary errors. Cdh13-/- control (CTRL) mice however committed more primary errors than Cdh13-/- MS mice. In the contextual fear conditioning (cFC) test, Cdh13-/- mice showed more freezing responses during the extinction recall, indicating a reduced extinction of fear memory. In the step-down test, an impulsivity task, Cdh13-/- mice had a tendency to wait longer before stepping down from the platform, indicative of more hesitant behaviour. In the same animals, qRT-PCR of several brain areas revealed changes in the GABAergic and glutamatergic systems, while also highlighting changes in the gatekeeper enzyme Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a), both in relation to Cdh13 deficiency and MS. Results from the RNA sequencing study and subsequent gene-set enrichment analysis revealed changes in adhesion and developmental genes due to Cdh13 deficiency, while also highlighting a strong link between CDH13 and endoplasmatic reticulum function. In addition, some results suggest that MS increased pro-survival pathways, while a gene x environment analysis showed alterations in apoptotic pathways and migration, as well as immune factors and membrane metabolism. An analysis of the overlap between gene and environment, as well as their interaction, highlighted an effect on cell adhesion factors, underscoring their importance for adaptation to the environment.
Overall, the stress model resulted in increased stress resilience in Cdh13+/+ and Cdh13+/- mice, a change absent in Cdh13-/- mice, suggesting a role of CDH13 during programming and adaptation to early-life experiences, that can results in long-lasting consequences on brain functions and associated behaviours. These changes were also visible in the RNA sequencing, where key pathways for cell-cell adhesion, neuronal survival and cell-stress adaptation were altered. In conclusion, these findings further highlight the role of CDH13 during brain development, while also shedding light on its function in the adaptation and response during (early life) environmental challenges.
N2  - Neuronale Entwicklungsstörungen (NES), wie Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) oder Autismus Spektrums Störung (ASS), haben eine größtenteils unbekannte Krankheitsentwicklung, deren klinisches Erscheinungsbild bei dem Patienten durch die individuelle Genetik und Umwelt beieinflusst wird. Veränderungen in allen funktionellen Ebenen des Gehirns, von Netzwerkaktivität zwischen unterschiedlichen Gehirnregionen, über synaptischer Verschaltung,  axonalem Wachstum und den Überlebenschancen einzelner Neuronen, bis hin zu molekularen und epigenetischen Modifikationen werden als Schlüsselrollen in NES betrachtet, welche schlussendlich zu langfristigen Verhaltensauffälligkeiten führen.
Genome-weite-Assoziations und genomische Kopiezahlvariations Studien haben Cadherin 13 (CDH13) als neuartiges Risikogen für neuropsychiatrische und neuronale Entwicklungsstörungen identifizieren können. CDH13 wird sowohl während der embryonalen Entwicklung, als auch im adulten Gehirn, stark exprimiert und kann dort in Regionen wie dem Hippocampus, Striatum und Thalamus gefunden werden. Darüber hinaus wird es als Reaktion auf akuten (physiologischen und psychologischen) Stress exprimiert. Gegenwärtig ist jedoch nicht bekannt, wie Umwelteinflüsse mit CDH13 interagieren und langanhaltende Veränderungen im Verhalten und der Gene Expression im Gehirn herbeiführen. Die vorliegende Arbeit untersucht daher die Interaktion zwischen CDH13 und Stress während eines frühen Lebensabschnitts.
Hierfür wurden Würfe mit wildtyp (Cdh13+/+), heterozygoten (Cdh13+/-) und homozygoten knockout (Cdh13-/-) Mäusen zwischen dem ersten und vierzehnten Tag nach der Geburt für jeweils 3 Stunden von ihren Müttern getrennt (englisch: maternal separation, MS). In einem ersten Experiment wurden diese Mäuse dann im Alter von 8 Wochen in einer Reihe von Verhaltensversuchen auf ihre motorischen Fähigkeiten und Gedächtnisleistung getestet. Im Anschluss daran wurde mittels der quantitativen Polymerase Kettenreaktion (qPCR) verschiedene Gehirnregionen dieser Tiere auf Expressionsunterschiede in Faktoren für Neurotransmittersysteme, Neurogenese und DNA Methylierungsmechanismen hin analysiert. Das Hippocampus-Gewebe einer zweiten gleich aufgebauten Versuchsgruppe wurde mittels RNA Sequenzierung untersucht.
Die Verhaltensanalyse zeigt das MS einen überwiegend angst-lindernden Einfluss auf die Mäuse hatte. Im Vergleich zu Mäusen ohne MS verbrachten MS-Mäuse mehr Zeit auf dem offenen Arm eines erhöhten Plus-Labyrinths, so wie in der hell-erleuchteten Seite einer Hell-Dunkel Box (HDB). Eine auffallende Ausnahme stellten jedoch die Cdh13-/- Mäuse dar, welche in der HDB keinen Zeitanstieg wie ihre Cdh13+/+ und Cdh13+/- MS Geschwister auf der hell-erleuchteten Seite aufwiesen. In dem Barnes Labyrinth (einem Test für räumliches Lernen) zeigte sich, dass alle Tiere, gemessen an den Fehlern und der Zeit die sie brauchten bis sie den Ausgang fanden, zunächst ähnliche Lernerfolge hatten. Im zweiten Teil des Experiments, in dem der Ausgang auf eine neue Position gelegt wurde, begangen Cdh13-/- Mäuse ohne MS hingegen mehr Fehler als Cdh13-/- MS Mäusee. In der Kontext-Angst-Konditionierung (KAK) zeigten männliche Cdh13-/- Mäuse mehr Angst-Starre während der Extinktions-Wiederholung; ein Befund der eine reduzierte Angst-Auslöschung impliziert. Im Abstiegs-Test, einem Impulsivitätstest, blieben Cdh13-/- Mäuse länger auf einem Podest stehen. Mittels qPCR konnte außerdem gezeigt werden dass sowohl ein Cdh13-/- Defizit, als auch MS, Veränderungen von GABAergen und glutamatergen Faktoren, so wie Änderungen in dem wichtigen Signalmolekühl Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a) verursacht haben. Die Ergebnisse der RNA Sequenzierung zeigten eine Anreicherung von Veränderungen in Adhesions-, Entwicklungs- und Endoplasmatischen Reticulumgenen in Cdh13-/- defiziten Tieren im Vergleich zu Cdh13+/+ Mäusen. Im selben Versuch trug MS zu einer erhöhten Aktivierung von Anti-Apoptotischen Signalwegen im Hippocampus bei, während Zell-Adhesionsmoleküle maßgeblich von der Wechselwirkung beider Faktoren betroffen waren.
Zusammenfassend waren Cdh13+/+ und Cdh13+/- Mäuse im Gegensatz zu Cdh13-/- Tieren größtenteils stressresitenter, während die RNA Sequenzierung aufzeigte, dass CDH13 Schlüsselkomponenten von Zell-Zell-Adhesions, Überlebens und Zell-Stress-Signalwegen reguiert. Dies suggeriert, dass CDH13 die Programmierung und Anpassung an Umwelteinflüsse steuert, was wiederum lang anhaltende Auswirkungen auf molekularer Ebene und auf das Verhalten der Mäuse zur Folge hat. Abschließend legen die Befunde eine Rolle von CDH13 in der Umgebungsanpassung während der Entwicklung nahe.
KW  - Cadherine
KW  - Genexpression
KW  - Tiermodell
KW  - Animales Nervensystem
KW  - Verhalten
KW  - Cdh13
KW  - RNA Sequencing
KW  - Gene by Environment
KW  - Neurodevelopmental Disorder
KW  - ADHD
KW  - Hippocampus
KW  - Prefrontal cortex
KW  - Amygdala
KW  - Raphe
KW  - Adaptation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179591
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tiwarekar, Vishakha Rakesh
T1  - The APOBEC3G-regulated host factors REDD1 and KDELR2 restrict measles virus replication
T1  - Die durch APOBEC3G-regulierten Wirtsfaktoren REDD1 und KDELR2 restringieren die Masernvirus Replikation
N2  - Measles is an extremely contagious vaccine-preventable disease responsible
for more than 90000 deaths worldwide annually. The number of deaths has
declined from 8 million in the pre-vaccination era to few thousands every year due
to the highly efficacious vaccine. However, this effective vaccine is still unreachable
in many developing countries due to lack of infrastructure, while in developed
countries too many people refuse vaccination. Specific antiviral compounds are not
yet available. In the current situation, only an extensive vaccination approach
along with effective antivirals could help to have a measles-free future. To develop
an effective antiviral, detailed knowledge of viral-host interaction is required.
This study was undertaken to understand the interaction between MV and
the innate host restriction factor APOBEC3G (A3G), which is well-known for its
activity against human immunodeficiency virus (HIV). Restriction of MV
replication was not attributed to the cytidine deaminase function of A3G, instead,
we identified a novel role of A3G in regulating cellular gene functions. Among two
of the A3G regulated host factors, we found that REDD1 reduced MV replication,
whereas, KDELR2 hampered MV haemagglutinin (H) surface transport thereby
affecting viral release. REDD1, a negative regulator of mTORC1 signalling
impaired MV replication by inhibiting mTORC1. A3G regulated REDD1
expression was demonstrated to inversely correlate with MV replication. siRNA
mediated silencing of A3G in primary human blood lymphocytes (PBL) reduced
REDD1 levels and simultaneously increased MV titres. Also, direct depletion of
REDD1 improved MV replication in PBL, indicating its role in A3G mediated
restriction of MV. Based on these finding, a new role of rapamycin, a
pharmacological inhibitor of mTORC1, was uncovered in successfully diminishing
MV replication in Vero as well as in human PBL. The ER and Golgi resident
receptor KDELR2 indirectly affected MV by competing with MV-H for cellular
chaperones. Due to the sequestering of chaperones by KDELR2, they can no longer
assist in MV-H folding and subsequent surface expression. Taken together, the two
A3G-regulated host factors REDD1 and KDELR2 are mainly responsible for
mediating its antiviral activity against MV.
N2  - Masern ist eine extrem ansteckende, durch Impfung verhinderbare Infektionskrankheit, die für mehr als 90000 Todesfälle jährlich weltweit verantwortlich ist. Die Zahl der Todesfälle nahm von ca. 8 Millionen in der Prä- Impf-Ära auf wenige Tausend pro Jahr aufgrund dieses effizienten Impfstoffs ab. Dieser ist jedoch aufgrund mangelnder Infrastruktur in vielen Entwicklungsländern nicht ausreichend verfügbar, oder die Impfung wird – vor allem in entwickelten Ländern – verweigert. Spezifische antivirale Substanzen sind noch nicht verfügbar. So könnte nur eine extensive Impfkampagne zu einer Masern-freien Zukunft führen. Um antivirale Substanzen zu generieren wird detailiertes Wissen über Virus-Wirt-Interaktionen benötigt.
Diese Studie wurde unternommen um Interaktionen zwischen Masernviren (MV) und dem zellulären Restriktionsfaktor APOBEC3G (A3G), der allgemein bekannt für seine antivirale Wirkung gegen das humane Immundefizienzvirus (HIV) ist, zu charakterisieren. A3G hemmt die MV-Replikation nicht aufgrund seiner Cytidin-Desaminase-Funktion, sondern wir entdeckten eine neue Funktion des A3G, nämlich dass es die Expression zellulärer Faktoren reguliert. Wir fanden, dass unter den A3G-regulierten Wirtszellfaktoren REDD1 die MV-Replikation reduzierte, während KDELR2 den Transport des MV-Hämagglutinins (H) zur Zelloberfläche, und somit die Virusfreisetzung, inhibierte. REDD1, ein negativer Regulator des mTORC1-Signalübertragungswegs, reduzierte die MV-Replikation indem es mTORC1 inhibiert. Die Expression des durch A3G regulierten REDD1 korrelierte umgekehrt mit der MV Replikation. SiRNA-vermittelte Reduktion des A3G in primären humanen Lymphozyten des Bluts (PBL) führte zu einer Abnahme des REDD1 und gleichzeitig zu einer Zunahme des MV-Titers. Ebenso führte direktes Silencing des REDD1 zu einer verstärkten MV-Replikation in PBL, was seine Rolle bei der A3G-vermittelten Restriktion der MV-Replikation unterstreicht. Aufgrund dieser Befunde wurde auch eine neue Funktion des mTORC1-Inhibitors Rapamycin als Inhibitor der MV-Replikation in Vero-Zellen und primären PBL aufgedeckt. Der ER- und Golgi-residente Rezeptor KDELR2 wirkte sich indirekt auf die MV-Replikation aus, indem er mit dem MV-H um die Interaktion mit Chaperonen kompetiert. KDELR2 bindet Chaperone und
verhindert so deren Interaktion mit MV-H und den Transport zur Zelloberfläche. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beiden A3G-regulierten Wirtszellfaktoren REDD1 und KDELR2 hauptsächlich für die antivirale Aktivität des A3G gegen MV verantwortlich sind.
KW  - measles virus
KW  - restriction factors
KW  - APOBEC3G
KW  - REDD1
KW  - KDELR2
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179526
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmithausen, Patrick Alexander Gerhard
T1  - Three-dimensional fluorescence image analysis of megakaryocytes and vascular structures in intact bone
T1  - Dreidimensionale Fluoreszenzbildanalyse von Megakaryozyten und Gefäßstrukturen in intaktem Knochen
N2  - The thesis provides insights in reconstruction and analysis pipelines for processing of
three-dimensional cell and vessel images of megakaryopoiesis in intact murine bone.
The images were captured in a Light Sheet Fluorescence Microscope. The work
presented here is part of Collaborative Research Centre (CRC) 688 (project B07) of
the University of Würzburg, performed at the Rudolf-Virchow Center. Despite ongoing
research within the field of megakaryopoiesis, its spatio-temporal pattern of
megakaryopoiesis is largely unknown. Deeper insight to this field is highly desirable to
promote development of new therapeutic strategies for conditions related to
thrombocytopathy as well as thrombocytopenia. The current concept of
megakaryopoiesis is largely based on data from cryosectioning or in vitro studies
indicating the existence of spatial niches within the bone marrow where specific stages
of megakaryopoiesis take place. Since classic imaging of bone sections is typically
limited to selective two-dimensional views and prone to cutting artefacts, imaging of
intact murine bone is highly desired. However, this has its own challenges to meet,
particularly in image reconstruction. Here, I worked on processing pipelines to account
for irregular specimen staining or attenuation as well as the extreme heterogeneity of
megakaryocyte morphology. Specific challenges for imaging and image reconstruction
are tackled and solution strategies as well as remaining limitations are presented and
discussed. Fortunately, modern image processing and segmentation strongly benefits
from continuous advances in hardware as well as software-development. This thesis
exemplifies how a combined effort in biomedicine, computer vision, data processing
and image technology leads to deeper understanding of megakaryopoiesis. Tailored
imaging pipelines significantly helped elucidating that the large megakaryocytes are
broadly distributed throughout the bone marrow facing a surprisingly dense vessel
network. No evidence was found for spatial niches in the bone marrow, eventually
resulting in a revised model of megakaryopoiesis.
N2  - Im Rahmen dieses Dissertationsvorhabens wurden Segmentierungs- und
Auswertepipelines dreidimensionaler Bilder von Zellen und Gefäßen im intakten
Mausknochen erarbeitet. Die Bilder entstanden durch Fluoreszenzaufnahmen eines
Lichtblattmikroskops. Das Dissertationsvorhaben war Teil des
Sonderforschungsbereichs 688 (Teilprojekts B07) der Universität Würzburg und es
wurde am Rudolf-Virchow-Zentrum durchgeführt. Trotz einer Vielzahl aktueller
Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Megakaryopoese sind Erkenntnisse über
deren räumlich-zeitliche Zusammenhänge größtenteils unbekannt. Neuere
wissenschaftliche Erkenntnisse auf diesem Gebiet wären insbesondere hilfreich für die
Weiterentwicklung von Behandlungsstrategien für Patienten, die an
Thrombozytopenien oder Thrombozytopathien leiden. Das aktuell vorherrschende
Modell zur Erklärung der Megakaryopoese geht von der Existenz räumlicher Nischen
im Knochenmark aus, in denen sich die einzelnen Schritte der Megakaryopoese
vollziehen. Dieses Modell basiert hauptsächlich auf Auswertungen von
Gefrierschnitten sowie in-vitro Experimenten. Da die klassische Bildgebung von
Knochenschnitten nur auf eine bestimmte Anzahl zweidimensionaler Schnitte begrenzt
ist und deren Qualität unter Schnittartefakten leidet, ist die Bildgebung des intakten
Knochens von besonderem Interesse. Dennoch führt dies zu neuen
Herausforderungen im Bereich der Bilddatenauswertung. Im vorliegenden
Dissertationsvorhaben beschäftige ich mich in diesem Bereich mit der Erarbeitung von
Auswerteprotokollen, welche beispielsweise den Einfluss unregelmäßiger Färbungen
oder Signalabschwächungen sowie die extreme Heterogenität der
Megakaryozytenmorphologie berücksichtigen. Spezifische Herausforderungen für die
Bildgebung und Bildrekonstruktion werden in Angriff genommen und
Lösungsstrategien sowie verbleibende Einschränkungen werden vorgestellt und
diskutiert. Erfreulicherweise profitieren insbesondere die moderne Bildbearbeitung
sowie die Objekterkennung in großem Ausmaß von fortlaufenden Entwicklungen aus
dem Hard- sowie Softwarebereich. Dieses Dissertationsvorhaben zeigt auf
exemplarische Art und Weise auf, wie gemeinsame Forschungsanstrengungen im
Bereich der Biomedizin, des Maschinellen Sehens, der Datenverarbeitung sowie der
Bildtechnologie zu einem tieferen Verständnis der Megakaryopoese führen. Die
maßgeschneiderten Pipelines zur Bilddatenauswertung stützten letztlich die These,
dass größere Megakaryozyten im Knochenmark breit verteilt sind und von einem überraschend dichten Gefäßnetz umgeben sind. Beweise für die Existenz räumlicher
Nischen im Knochenmark konnten nicht gefunden warden. Dieses führte schließlich
zur Vorstellung eines überarbeiteten Modells der Megakaryopoese.
KW  - Megakaryozytopoese
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Megakaryozyt
KW  - Lichtscheibenmikroskopie
KW  - Bildverarbeitung
KW  - lightsheet microscopy
KW  - megakaryopoiesis
KW  - fluorescence microscopy
KW  - intact bone imaging
KW  - object segmentation
KW  - Lichtblattmikroskopie
KW  - Bildbearbeitung
KW  - Megakaryopoese
KW  - Bildgebung intakten Knochens
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178541
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fleischmann, Pauline Nikola
T1  - Starting foraging life: Early calibration and daily use of the navigational system in \(Cataglyphis\) ants
T1  - Start in den Außendienst: Zur anfänglichen Kalibrierung und alltäglichen Nutzung des Navigationssystem in \(Cataglyphis\)-Ameisen
N2  - Cataglyphis ants are famous for their navigational abilities. They live in hostile habitats where they forage as solitary scavengers covering distances of more than hundred thousand times their body lengths. To return to their nest with a prey item – mainly other dead insects that did not survive the heat – Cataglyphis ants constantly keep track of their directions and distances travelled. The navigational strategy is called path integration, and it enables an ant to return to the nest in a straight line using its home vector. Cataglyphis ants mainly rely on celestial compass cues, like the position of the sun or the UV polarization pattern, to determine directions, and they use an idiothetic step counter and optic flow to measure distances. In addition, they acquire information about visual, olfactory and tactile landmarks, and the wind direction to increase their chances of returning to the nest safe and sound. Cataglyphis’ navigational performance becomes even more impressive if one considers their life style. Most time of their lives, the ants stay underground and perform tasks within the colony. When they start their foraging careers outside the nest, they have to calibrate their compass systems and acquire all information necessary for navigation during subsequent foraging. This navigational toolkit is not instantaneously available, but has to be filled with experience. For that reason, Cataglyphis ants perform a striking behavior for up to three days before actually foraging. These so-called learning walks are crucial for the success as foragers later on. In the present thesis, both the ontogeny and the fine-structure of learning walks has been investigated. Here I show with displacement experiments that Cataglyphis ants need enough space and enough time to perform learning walks. Spatially restricted novices, i. e. naïve ants, could not find back to the nest when tested as foragers later on. Furthermore, ants have to perform several learning walks over 1-3 days to gain landmark information for successful homing as foragers. An increasing number of feeder visits also increases the importance of landmark information, whereas in the beginning ants fully rely on their path-integration vector. Learning walks are well-structured. High-speed video analysis revealed that Cataglyphis ants include species-specific rotational elements in their learning walks. Greek Cataglyphis ants (C. noda and C. aenescens) inhabiting a cluttered pine forest perform voltes, small walked circles, and pirouettes, tight turns about the body axis with frequent stopping phases. During the longest stopping phases, the ants gaze back to their nest entrance. The Tunisian Cataglyphis fortis ants inhabiting featureless saltpans only perform voltes without directed gazes. The function of voltes has not yet been revealed. In contrast, the fine structure of pirouettes suggests that the ants take snapshots of the panorama towards their homing direction to memorize the nest’s surroundings. The most likely hypothesis was that Cataglyphis ants align the gaze directions using their path integrator, which gets directional input from celestial cues during foraging. To test this hypothesis, a manipulation experiment was performed changing the celestial cues above the nest entrance (no sun, no natural polarization pattern, no UV light). The accurately directed gazes to the nest entrance offer an easily quantifiable readout suitable to ask the ants where they expect their nest entrance. Unexpectedly, all novices performing learning walks under artificial sky conditions looked back to the nest entrance. This was especially surprising, because neuronal changes in the mushroom bodies and the central complex receiving visual input could only be induced with the natural sky when comparing test animals with interior workers. The behavioral findings indicated that Cataglyphis ants use another directional reference system to align their gaze directions during the longest stopping phases of learning walk pirouettes. One possibility was the earth’s magnetic field. Indeed, already disarraying the geomagnetic field at the nest entrance with an electromagnetic flat coil indicated that the ants use magnetic information to align their looks back to the nest entrance. To investigate this finding further, ants were confronted with a controlled magnetic field using a Helmholtz coil. Elimination of the horizontal field component led to undirected gaze directions like the disarray did. Rotating the magnetic field about 90°, 180° or -90° shifted the ants’ gaze directions in a predictable manner. Therefore, the earth’s magnetic field is a necessary and sufficient reference system for aligning nest-centered gazes during learning-walk pirouettes. Whether it is additionally used for other navigational purposes, e. g. for calibrating the solar ephemeris, remains to be tested. Maybe the voltes performed by all Cataglyphis ant species investigated so far can help to answer this question..
N2  - Cataglyphis-Ameisen sind für ihre Navigationsfähigkeiten berühmt. Sie bewohnen lebens-
feindliche Regionen in denen sie einzeln und über weite Strecken Futter suchen müssen. Um mit Beute (meist ein totes Insekt, das die große Hitze nicht überlebt hat) zu ihrem Nest zurückzukehren, bedienen sie sich einer Navigationsstrategie, die als Wegintegration beze- ichnet wird. Dabei müssen die Ameisen die zurückgelegten Distanzen messen und jeden Richtungswechsel registrieren, um schließlich in gerader Linie nachhause zurückkehren zu können. Als Kompass nutzen sie Himmelsinformationen, wie den Stand der Sonne oder das UV-Polarisationsmuster, und für die Distanzmessung verwenden sie einen inneren Schrittzäh- ler sowie optischen Fluss. Außerdem nutzen sie alle weiteren Informationen, die hilfreich sein könnten, um sicher zum Nest zurückzukehren. Dazu gehören visuelle, olfaktorische und taktile Landmarken sowie die Richtung des Windes. Die Navigationsleistungen von Cataglyphis-Ameisen sind insbesondere dann bemerkenswert, wenn man sich bewusst macht, dass sie die meiste Zeit ihres Lebens unter der Erde verbringen. Dort übernehmen sie Auf- gaben im Nest bis sie dann schließlich alt genug sind, um draußen Futter zu suchen. Dann müssen sie ihre Kompasssysteme kalibrieren und alle Informationen lernen, die sie für eine erfolgreiche Futtersuche brauchen.
Dieses sogenannte Navigations-Toolkit steht den Ameisen nicht automatisch zur Verfügung, vielmehr müssen sie es mit eigener Erfahrung füllen. Dafür nutzen sie die ersten ein bis drei Tage außerhalb des Nestes. Während dieser Zeit suchen sie kein Futter, sondern vollführen sogenannte Lernläufe. Lernläufe sind unabdingbar, um später als Fourageur erfolgreich zu sein. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde sowohl die zeitliche und räumliche Entwicklung der Lernläufe als auch deren Feinstruktur untersucht. Mit Versetzungsexperimenten konnte ich zeigen, dass Ameisen genügend Zeit und Raum brauchen, um Lernläufe durchzuführen. Wurden Neulinge während ihrer Lernläufe räumlich eingeschränkt, so konnten sie nicht zum Nest zurückfinden, wenn sie als erfahrene Fourageure getestet wurden. Außerdem brauchen die Ameisen ein bis drei Tage Zeit, um ein Landmarkenpanorama zu erlernen, das sie dann später erfolgreich zur Landmarkenorientierung nutzen können. Eine größere Anzahl an Besuchen am Futterplatz erhöht die Wichtigkeit von Landmarkeninformation für die Ameisen, die anfangs nur ihren Wegintegrator nutzen.
Lernläufe weisen eine beeindruckende Struktur auf. Mit High-Speed-Videoaufnahmen konnte gezeigt werden, dass Cataglyphis-Ameisen artspezifische Drehungen während der Lernläufe vollführen. Die griechischen Cataglyphis-Ameisen (C. noda und C. aenescens) leben in einem Pinienwald, der ihnen ein vielfältiges und landmarkenreiches Panorama bietet. Ihre Lernläufe beinhalten zwei Drehungsformen, nämlich sogenannte Volten (kleine gelaufene Kreise) und Pirouetten (enge Drehungen um die eigene Körperachse mit häufigen Stoppphasen). Während der längsten Stoppphase einer Pirouette schauen die Ameisen zurück in die Richtung ihres Nesteingangs, obwohl sie ihn nicht direkt sehen können. Die tunesischen Cataglyphis-Ameisen (C. fortis ) leben auf einem landmarkenarmen Salzsee. Sie vollführen nur Volten und machen keine Pirouetten während ihrer Lernläufe. Die Funktion von Volten ist noch unbekannt, wohingegen die Feinstruktur der Pirouetten die Vermutung nahelegt, dass die Ameisen sogenannte Schnappschüsse von der Umgebung ihres Nestes machen, um dorthin zurückkehren zu können.
Es schien wahrscheinlich, dass die Ameisen ihren Wegintegrator nutzen, um ihre Blickrich- tungen zum Nest auszurichten. Während der Futtersuche bekommt der Wegintegrator seine Richtungsinformationen vom Himmelskompass. Daher wurde ein Experiment geplant und durchgeführt bei dem die Himmelsinformationen über dem Nesteingang manipuliert wurden (keine Sicht auf die Sonne, kein natürliches Polarisationsmuster oder kein UV-Licht). Die nest- zentrierten Blickrichtungen der Ameisen ermöglichen es relativ einfach zu überprüfen, ob die Ameisen die Position des Nesteingangs kennen. Überraschenderweise schauten die Ameisen unter allen Bedingungen weiterhin zurück zum Nesteingang. Dies war insbesondere be- merkenswert, da die Himmelsmanipulation neuronale Veränderungen in den Pilzkörpern und dem Zentralkomplex (das sind Regionen im Gehirn der Ameisen, die visuelle Informationen verarbeiten) bewirkten bzw. diese verhinderten. Nur unter natürlichen Bedingungen, also bei freiem Blick auf die Sonne, gab es Unterschiede auf neuronaler Ebene zwischen den Testtieren und den Innendiensttieren, die als Kontrolle dienten. Die Ergebnisse des Verhaltensversuchs deuteten darauf hin, dass die Ameisen ein anderes direktionales Referenzsystem nutzen, um ihre Blickrichtungen zu kontrollieren. Eine Möglichkeit war das Erdmagnetfeld. Tatsächlich zeigte schon die experimentelle Streuung des Magnetfelds am Nesteingang mittels einer elektromagnetischen Flachspule, dass die Ameisen tatsächlich Magnetinformationen nutzen, um ihre Blicke auszurichten. Die Blickrichtungen während der längsten Stoppphasen waren nicht mehr zum Nesteingang gerichtet. Um dies genauer zu untersuchen wurden die Ameisen mit dem kontrollierten Magnetfeld einer Helmholtzspule konfrontiert.  Die Eliminierung
der Horizontalkomponente des Magnetfelds bewirkte wiederum, dass die Ameisen nicht zum Nesteingang zurückschauten. Wurde die Horizontalkomponente jedoch um 90◦, 180◦ oder -90◦ gedreht, so folgten die Blickrichtungen der Ameisen dieser Drehung voraussagbar im selben Winkel. Dies zeigt, dass das Erdmagnetfeld tatsächlich das Referenzsystem für die Ausrichtungen der Blicke während der Lernlaufpirouetten darstellt. Ob es auch noch an- deren Navigationszwecken, wie beispielsweise der Kalibrierung der solaren Ephemeris dient, muss zukünftig überprüft werden. Vielleicht können die Volten, die alle bisher untersuchten
KW  - Cataglyphis
KW  - Learning walk
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-159951
ER  - 
TY  - THES
A1  - Yu, Sung-Huan
T1  - Development and application of computational tools for RNA-Seq based transcriptome annotations
T1  - Entwicklung und Anwendung bioinformatischer Werkzeuge für RNA-Seq-basierte Transkriptom-Annotationen
N2  - In order to understand the regulation of gene expression in organisms, precise genome annotation is essential. In recent years, RNA-Seq has become a potent method for generating and improving genome annotations. However, this Approach is time consuming and often inconsistently performed when done manually. In particular, the discovery of non-coding RNAs benefits strongly from the application of RNA-Seq data but requires significant amounts of expert knowledge and is labor-intensive. As a part of my doctoral study, I developed a modular tool called ANNOgesic that can detect numerous transcribed genomic features, including non-coding RNAs, based on RNA-Seq data in a precise and automatic fashion with a focus on bacterial and achaeal species. The software performs numerous analyses and generates several visualizations. It can generate annotations of high-Resolution that are hard to produce using traditional annotation tools that are based only on genome sequences. ANNOgesic can detect numerous novel genomic Features like UTR-derived small non-coding RNAs for which no other tool has been developed before. ANNOgesic is available under an open source license (ISCL) at https://github.com/Sung-Huan/ANNOgesic.
My doctoral work not only includes the development of ANNOgesic but also its application to annotate the transcriptome of Staphylococcus aureus HG003 - a strain which has been a insightful model in infection biology. Despite its potential as a model, a complete genome sequence and annotations have been lacking for HG003. In order to fill this gap, the annotations of this strain, including sRNAs and their functions, were generated using ANNOgesic by analyzing differential RNA-Seq data from 14 different samples (two media conditions with seven time points), as well as RNA-Seq data generated after transcript fragmentation. ANNOgesic was
also applied to annotate several bacterial and archaeal genomes, and as part of this its high performance was demonstrated. In summary, ANNOgesic is a powerful computational tool for RNA-Seq based annotations and has been successfully applied to several species.
N2  - Exakte Genomannotationen sind essentiell für das Verständnis Genexpressionsregulation in verschiedenen Organismen. In den letzten Jahren entwickelte sich RNA-Seq zu einer äußerst wirksamen Methode, um solche Genomannotationen zu erstellen und zu verbessern. Allerdings ist das Erstellen von Genomannotationen bei manueller Durchführung noch immer ein zeitaufwändiger und inkonsistenter Prozess. Die Verwendung von RNA-Seq-Daten begünstigt besonders die Identifizierung von nichtkodierenden RNAs, was allerdings arbeitsintensiv ist und fundiertes Expertenwissen erfordert. Ein Teil meiner Promotion bestand aus der Entwicklung eines modularen Tools namens ANNOgesic, das basierend auf RNA-Seq-Daten in der Lage ist, eine Vielzahl von Genombestandteilen, einschließlich nicht-kodierender RNAs, automatisch und präzise zu ermitteln. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Anwendbarkeit für bakterielle und archaeale Genome. Die Software führt eine Vielzahl von Analysen durch und stellt die verschiedenen Ergebnisse grafisch dar. Sie generiert hochpräzise Annotationen, die nicht unter Verwendung herkömmlicher Annotations-Tools auf Basis von Genomsequenzen erzeugt werden könnten. Es kann eine Vielzahl neuer Genombestandteile, wie kleine nicht-kodierende RNAs in UTRs, ermitteln, welche von bisherigen Programme nicht vorhergesagt werden können. ANNOgesic ist unter einer Open-Source-Lizenz (ISCL) auf https://github.com/Sung-Huan/ANNOgesic verfügbar.
Meine Forschungsarbeit beinhaltet nicht nur die Entwicklung von ANNOgesic, sondern auch dessen Anwendung um das Transkriptom des Staphylococcus aureus-Stamms HG003 zu annotieren. Dieser ist einem Derivat von S. aureus NCTC8325 - ein Stamm, Dear ein bedeutendes Modell in der Infektionsbiologie darstellt. Zum Beispiel wurde er für die Untersuchung von Antibiotikaresistenzen genutzt, da er anfällig für alle bekannten Antibiotika ist. Der Elternstamm NCTC8325 besitzt zwei Mutationen im regulatorischen Genen (rsbU und tcaR), die Veränderungen der Virulenz zur Folge haben und die in Stamm HG003 auf die Wildtypsequenz zurückmutiert wurden. Dadurch besitzt S. aureus HG003 das vollständige, ursprüngliche Regulationsnetzwerk und stellt deshalb ein besseres Modell zur Untersuchung von sowohl Virulenz als auch Antibiotikaresistenz dar. Trotz seines Modellcharakters fehlten für HG003 bisher eine
vollständige Genomsequenz und deren Annotationen. Um diese Lücke zu schließen habe ich als Teil meiner Promotion mit Hilfe von ANNOgesic Annotationen für diesen Stamm, einschließlich sRNAs und ihrer Funktionen, generiert. Dafür habe ich Differential RNA-Seq-Daten von 14 verschiedenen Proben (zwei Mediumsbedingungen mit sieben Zeitpunkten) sowie RNA-Seq-Daten, die von fragmentierten Transkripten generiert wurden, analysiert. Neben S. aureus HG003 wurde ANNOgesic auf eine Vielzahl von Bakterien- und Archaeengenome angewendet und dabei wurde eine hohe
Performanz demonstriert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ANNOgesic ein mächtiges bioinformatisches Werkzeug für die RNA-Seq-basierte Annotationen ist und für verschiedene Spezies erfolgreich angewandt wurde.
KW  - RNA-Seq
KW  - Genome Annotation
KW  - small RNA
KW  - Genom
KW  - Annotation
KW  - Small RNA
KW  - Bioinformatik
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176468
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mayer, Rafaela
T1  - OxPAPC as an endogenous agonist of TRPA1 channels on nociceptors
T1  - OxPAPC als endogener Agonist von TRPA1 Kanälen auf Nozizeptoren
N2  - Non-steroidal antiinflammatory drugs are most commonly used for inflammatory and postoperative pain. But they lack effectiveness and specificity, leading to severe side effects, like gastric ulcers, asthma and severe bleeding. Oxidized 1-palmitoyl-2-arachinidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) plays an important role in inflammatory pain. PAPC is a common phosphatidylcholine of membranes, which can be oxidized by reactive oxygen species. In preliminary experiments, our group found that local injection of OxPAPC in rat paws induces hyperalgesia.
In this study we examined the effect of OxPAPC on transient receptor potential A1 (TRPA1), an ion channel expressed in C-fiber neurons. Furthermore, we investigated if intracellular cysteine residues of TRPA1 were necessary for agonist-channel-interactions and if a subsequent TRPA1 activation could be prevented by OxPAPC scavengers.
To answer these questions, we performed calcium imaging using HEK-293 cells stably expressing hTRPA1, or transiently expressing the triple mutant channel hTRPA1-3C and naïve DRG neurons. Cells were incubated with the ratiometric, fluorescent dye Fura-2/AM and stimulated with OxPAPC. The change of light emission after excitation with 340 and 380 nm wavelengths allowed conclusions regarding changes of intracellular calcium concentrations after TRPA1 activation.
In our investigation we proved evidence that OxPAPC activates TRPA1, which caused a flow of calcium ions into the cytoplasm. The TRPA1-specific channel blocker HC-030031 eliminated this agonist-induced response. TRPA1-3C was not completely sensitive to OxPAPC. The peptide D-4F and the monoclonal antibody E06 neutralized OxPAPC-induced TRPA1 activation.
In this work, the importance of OxPAPC as a key mediator of inflammatory pain and as a promising target for drug design is highlighted. Our results indicate that TRPA1 activation by OxPAPC involves cysteine-dependent mechanisms, but there are other, cysteine-independent activation mechanisms as well. Potential pharmaceuticals for the treatment of inflammatory pain are D-4F and E06, whose efficiency has recently been confirmed in the animal model by our research group.
N2  - Nichtsteroidale Antiphlogistika werden bei Entzündungs- und postoperativen Schmerzen eingesetzt. Ihre mangelnde Effektivität und Spezifität kann jedoch starke Nebenwirkungen wie Magen-Darmulzera, Analgetikaasthma und Blutungen hervorgerufen. Hyperalgesie kann in Entzündungsprozessen lokal durch das oxidierte Phospholipid 1-Palmitoyl-2-Arachinidonoyl-sn-Glycero-3- Phosphocholin (OxPAPC) induziert werden, welches durch Oxidation mit reaktiven Sauerstoffspezies entsteht. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass OxPAPC nach intraplantarer Injektion in Rattenpfoten Hyperalgesie hervorruft.
In dieser Arbeit steht die Interaktion zwischen OxPAPC und dem „transient receptor potential A 1“ Kanal (TRPA1), einem Ionenkanal von C-Faser-Neuronen, im Fokus. Es wurde untersucht, ob intrazelluläre Cysteinreste zur Aktivierung durch oxidierte Phospholipide beitragen und ob diese durch einen OxPAPC-spezifischen Antagonismus verhindert werden kann. Zur Klärung der Fragestellung verwendeten wir HEK-293 Zellen, die entweder hTRPA1 stabil oder den an drei Positionen mutierten hTRPA1-C3 transient exprimierten und native DRG Neurone. Die Änderung der intrazellulären Kalziumionenkonzentration nach Kanalmodulation mit OxPAPC wurde mittels ratiometrischer Fura-2/AM-Experimente bestimmt.
Wir zeigten, dass OxPAPC zur Aktivierung von TRPA1 führt, welche sich nach Zugabe des spezifischen Antagonisten HC-030031 als reversibel erwies. Sind drei Cysteine des intrazelllulären Aminoterminus von TRPA1 mutiert, wurde ein Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration durch OxPAPC verringert. Das Peptid D-4F und der monoklonale Antikörper E06 neutralisierten die Wirkung von OxPAPC auf den Kanal.
Das in Entzündungsprozessen gebildete OxPAPC ist ein endogener Agonist von TRPA1 Kanälen und stellt damit eine potentielle pharmakologische Zielsubstanz für die Entwicklung von Analgetika dar. Naheliegend ist, dass die Aktivierung von TRPA1 durch OxPAPC über Cysteinbindungsstellen erfolgen kann. Jedoch sind weitere, cysteinunabhängige Mechanismen ebenfalls wahrscheinlich. D-4F und E06 sind vielversprechende neuartige Substanzen für die Behandlung von Entzündungsschmerz. Ihre analgetische Wirkung wurde bereits im Tiermodell durch unsere Arbeitsgruppe bestätigt.
KW  - Schmerzforschung
KW  - Phospholipide
KW  - Entzündung
KW  - Schmerztherapie
KW  - Ionenkanal
KW  - TRPA1 channel
KW  - Oxidized Phospholipids
KW  - Inflammatory Pain
KW  - Nociceptor
KW  - DRG
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175890
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Martin
T1  - Chronic Kidney Disease as an Important Co-morbid Condition in Coronary Heart Disease Patients
T1  - Chronische Nierenerkrankung als bedeutender Risikofaktor bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit
N2  - In patients with coronary heart disease (CHD) the control of the modifiable “traditional” cardiovascular risk factors such as hypertension, dyslipidemia, diabetes, achieving/maintaining normal body weight and smoking cessation is of major importance to improve prognosis. Guideline recommendations for secondary CHD prevention include specific treatment targets for blood pressure, lipid levels, and markers of glucose metabolism for both younger and older patients. Chronic kidney disease (CKD) has been identified as a “non-traditional” risk factor for worse outcome in CHD patients, as it is associated with a markedly increased risk for subsequent CV events and mortality.
The specific objectives of the current thesis-project are to investigate (a) the quality of care in a recent sample of German CHD patients and to investigate variation of risk factor control between younger and elder patients (≤70 versus >70 years), (b) to analyze the prevalence of CKD across Europe in stable CHD patients in the outpatient setting and during a hospital stay for CHD, (c) to investigate the level of awareness of CKD in German CHD patients and their treating physicians.
Data from the European-wide EUROASPIRE IV study were used that include data on 7998 CHD patients in the ambulatory setting (study visit) and during a hospital stay for CHD (index). The German EUROASPIRE IV study center in Würzburg recruited 536 patients in 2012-2013. Risk factor control was compared against the current recommendations of the European Society of Cardiology. CKD was described by stages of glomerular filtration rate (eGFR) and albuminuria. German patients were asked in an additional kidney specific module whether they have ever been told by a physician about renal impairment. The fact that CKD or acute kidney injury (AKI) was mentioned in prominent parts of the hospital discharge letter as well as correct ICD-coding of CKD or AKI served as a proxy for physician’s awareness of CKD.
The majority of German CHD patients was treated with the recommended drug therapies including e.g. β-blockers, anti-platelets and statins. However, treatment targets for blood pressure and LDL-cholesterol levels were not achieved in many patients (45% and 53%, respectively) and glycemic control in diabetic CHD patients with HbA1-levels <7% was insufficient (61%). A minority of patients reported on current smoking (10%), but unhealthy life-styles e.g. overweight/obesity (85%/37%) were frequent. Patterns of care differed between younger and older CHD patients while older patients were less likely to receive the recommended medical CHD-therapy, were more likely to have uncontrolled blood pressure and also to be diabetic. However, a greater proportion of diabetic patients >70 years was achieving the HbA1c target, and less elder patients were current smokers or were obese. About 17% of patients on average had CKD (eGFR< 60 ml/min/1.73m²) in the entire European sample at the study visit, and an additional 10% had albuminuria despite preserved eGFR, with considerable variation among countries. Impaired kidney function was observed in every fifth patient admitted for CHD in the entire European dataset of the EUROASPIRE IV study. Of the German CHD patients with CKD at the study visit, only a third were aware of their renal impairment. A minority of these patients was being seen by nephrologists, however, with a higher likelihood of CKD awareness and specialist care in more advanced stages of CKD. About a third of patients admitted for CHD showed either CKD or AKI during the hospital stay, but the discharge letter mentioned chronic or acute kidney disease only in every fifth of these patients. In contrast, correct ICD coding of CKD or AKI was more complete, but still suboptimal.
In summary, quality of secondary prevention in German CHD patients indicates considerably room for improvement, with life-style modifications may become an even greater factor in prevention campaigns than medical treatment into certain target ranges. Preventive therapies should also consider different needs in older individuals acknowledging physical and mental potential, other comorbidities and drug-interactions with co-medication. CKD is common in CHD patients, not only in the elderly. Since CHD and CKD affect each other and impact on worse prognosis of each other, raising the awareness of CKD among patients and physicians and considering CKD in medical therapy may improve prognosis and slow disease progression of CHD as well as CKD.
N2  - Bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) ist die Behandlung der „klassischen“ kardiovaskulären Risikofaktoren wie Bluthochdruck, Hypercholesterinämie, Diabetes, ein normales Körpergewicht sowie der Nikotinverzicht von Bedeutung, um die Prognose zu verbessern. Leitlinien empfehlen in der Sekundärprävention spezifische Behandlungsziele für Bluthochdruck, Hypercholesterinämie und Diabetes. Die chronische Niereninsuffizienz (NI) stellt einen „nicht-klassischen“ Risikofaktor für eine schlechtere Prognose bei KHK-Patienten dar und ist assoziiert mit einem erhöhten Risiko für eine Progression der KHK und kardiovaskuläre Mortalität.
Die Studienziele der vorgelegten Arbeit beinhalten (a) die Umsetzung der KHK-Leitlinien in einem deutschen Kollektiv von Patienten inklusive der Unterschiede in der Versorgung zwischen Jüngeren und älteren Patienten (≤70 / >70 Jahre). Zudem (b) wird die Prävalenz der NI in stabilen ambulanten Verhältnissen und ebenso während eines Krankenhausaufenthaltes aufgrund eines KHK-Ereignisses in 24 Europäischen Ländern inklusive Deutschland untersucht. Schließlich (c) wird am deutschen Studienzentrum das Bewusstsein („Awareness“) für Nierenerkrankungen sowohl bei den Patienten als auch den behandelnden Ärzten analysiert.
Es wurden die Daten der europaweiten EUROASPIRE IV Studie verwendet, für die zwischen 2012 und 2013 insgesamt 7998 KHK Patienten rekrutiert wurden. Sie enthält Informationen aus einem ambulanten Studienbesuch und aus einem Krankenhausaufenthalt aufgrund eines KHK-Ereignisses (Index). Am deutschen Studienzentrum in Würzburg wurden 536 Patienten eingeschlossen und die Qualität der Risikofaktorkontrolle nach den Empfehlungen der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie untersucht. Chronische NI wurde in Stadien eingeteilt anhand von glomerulärer Filtrationsrate (eGFR) und Albuminurie. Zudem Am deutschen EUROASPIRE IV Studienzentrum wurden die Patienten zudem in einem zusätzlichen „Nieren-spezifischen Modul“ befragt, ob sie jemals von einem Arzt hinsichtlich einer Nierenerkrankung aufgeklärt wurden. Um das Bewusstsein für Nierenerkrankungen bei Ärzten einzuschätzen, wurde untersucht, ob akute oder chronische Nierenfunktionseinschränkungen im Arztbrief des Index-Aufenthaltes erwähnt wurden, und ob Nierenerkrankungen adäquat ICD-codiert waren.
Die Mehrheit der deutschen KHK-Patienten wurde mit den empfohlenen Präparaten β-Blocker, Aspirin und Statinen behandelt, allerdings wurden die Ziel-/Grenzwerte für Blutdruck und Cholesterin oftmals nicht erreicht (45% bzw. 53%), ebenso wie die Blutzuckerkontrolle bei diabetischen Patienten (39%). Nur wenige Patienten waren aktive Raucher (10%), aber viele waren übergewichtig (85%) oder adipös (37%). Ältere Patienten erhielten seltener die empfohlenen Präparate und waren häufiger hypertensiv oder Diabetiker. Allerdings zeigten sich diabetische Patienten >70 Jahre besser kontrolliert und ältere Patienten waren seltener Raucher oder übergewichtig. Im Durchschnitt hatten 17% der KHK Patienten – mit großer Variation innerhalb der teilnehmenden Staaten – im EUROASPIRE IV Gesamtkollektiv eine chronische NI (eGFR <60 ml/min/1.73m²) und zusätzliche 10% hatten Albuminurie bei erhaltener eGFR. Eine eingeschränkte Nierenfunktion zeigte sich auch in jedem fünften Patienten bei Krankenhausaufnahme für das Index Ereignis im EUROASPIRE IV Gesamtkollektiv. Von den deutschen Patienten mit chronischer NI gab nur ein Drittel an, von ihrer Nierenfunktionseinschränkung zu wissen. Nur wenige dieser Patienten wurden von einem Nephrologen behandelt, wobei Patienten mit fortgeschrittener NI sich sowohl häufiger ihrer NI bewusst waren als auch von Spezialisten behandelt wurden. Im Index-Krankenhausaufenthalt hatte ein Drittel der Patienten wenigstens einen Hinweis auf eine entweder chronisch oder akut eingeschränkte Nierenfunktion. Lediglich in einem Fünftel war diese Diagnose im Entlassungsbrief erwähnt, während die Codierung nach Entlassung zwar vollständiger, aber immer noch lückenhaft war.
Die Qualität der Sekundärprävention in deutschen KHK-Patienten lässt weiterhin beträchtlichen Raum für Verbesserung. Hierbei erscheinen die Veränderung im Lebensstil weitaus zielführender zu sein als die medikamentöse Therapie in definierte Zielbereiche. Die medizinische Therapie und die  Herangehensweise an Verhaltensänderungen muss insbesondere bei älteren Patienten an die besondere Bedürfnisse dieser Patientengruppe angepasst werden. Chronische NI ist häufig bei KHK Patienten anzutreffen, nicht nur bei älteren Studienteilnehmern. KHK und chronische NI beeinflussen sich und die Prognose des jeweils anderen gegenseitig, sodass eine Steigerung des Bewusstseins für Nierenerkrankungen sowohl bei Patienten als auch bei Ärzten, und die Anpassung der Behandlungsstrategie womöglich zu einer Verbesserung der Prognose und zur Verlangsamung des Fortschreitens beider Erkrankungen, KHK und NI führen.
KW  - koronare Herzerkrankung
KW  - Sekundärprävention
KW  - Chronische Nierenerkrankung
KW  - coronary heart disease
KW  - secondary prevention
KW  - chronic kidney disease
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175498
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gulve, Nitish
T1  - Subversion of Host Genome Integrity by Human Herpesvirus 6 and \(Chlamydia\) \(trachomatis\)
T1  - Störung der Integrität des Wirts Genoms durch das Human Herpesvirus 6 und \(Chlamydia\) \(trachomatis\)
N2  - Ovarian cancer is one of the most common gynecological malignancies in the world. The prevalence of a microbial signature in ovarian cancer has been reported by several studies till date. In these microorganisms, Human herpesvirus 6 (HHV-6) and Chlamydia trachomatis (C.tr) are especially important as they have significantly high prevalence rate. Moreover, these pathogens are directly involved in causing DNA damage and thereby disrupting the integrity of host genome which is the underlying cause of any cancer. This study focuses on how the two pathogens, HHV-6 and C. trachomatis can affect the genome integrity in their individual capacities and thereby may drive ovarian epithelial cells towards transformation. HHV-6 has unique tendency to integrate its genome into the host genome at subtelomeric regions and achieve a state of latency. This latent virus may get reactivated during the course of life by stress, drugs such as steroids, during transplantation, pregnancy etc. The study presented here began with an interesting observation wherein the direct repeat (DR) sequences flanking the ends of double stranded viral genome were found in unusually high numbers in human blood samples as opposed to normal ratio of two DR copies per viral genome. This study was corroborated with in vitro data where cell lines were generated to mimic the HHV-6 status in human samples. The same observation of unusually high DR copies was found in these cell lines as well. Interestingly, fluorescence in situ hybridization (FISH) and inverse polymerase chain reaction followed by southern blotting showed that DR sequences were found to be integrated in nontelomeric regions as opposed to the usual sub-telomeric integration sites in both human samples and in cell lines. Sanger sequencing confirmed the non-telomeric integration of viral DR sequences in the host genome. Several studies have shown that C. trachomatis causes DNA damage and inhibits the signaling cascade of DNA damage response. However, the effect of C. trachomatis infection on process of DNA repair itself was not addressed. In this study, the effect of C. trachomatis infection on host base excision repair (BER) has been addressed. Base excision repair is a pathway which is responsible for replacing the oxidized bases with new undamaged ones. Interestingly, it was found that C. trachomatis infection downregulated polymerase β expression and attenuated polymerase β- mediated BER in vitro. The mechanism of the polymerase β downregulation was found to be associated with the changes in the host microRNAs and downregulation of tumor suppressor, p53. MicroRNA-499 which has a binding site in the polymerase β 3’UTR was shown to be upregulated during C. trachomatis infection. Inhibition of miR-499 using synthetic miR-499 inhibitor indeed improved the repair efficiency during C. trachomatis infection in the in vitro repair assay. Moreover, p53 transcriptionally regulates polymerase β and stabilizing p53 during C. trachomatis infection enhanced the repair efficiency. Previous studies have shown that C. trachomatis can reactivate latent HHV-6. Therefore, genomic instability due to insertions of unstable ‘transposon-like’ HHV-6 DR followed by compromised BER during C. trachomatis infection cumulatively support the hypothesis of pathogenic infections as a probable cause of ovarian cancer
N2  - Diese Studie fokussiert sich darauf, wie die beiden Pathogene HHV-6 und C. trachomatis die
Genom Integrität beeinflussen und dadurch die Transformation ovarialer Epithelzellen zu
Tumorzellen antreiben können.
Das latente Virus HHV-6 kann sich in Subtelomer-Regionen des Genoms integrieren und zu jeder Lebensphase (z.B. durch Stress oder Pharmaka) reaktiviert werden. Zu Beginn dieser
Studie wurde die Beobachtung gemacht, dass in menschlichen Blutproben eine ungewöhnlich hohe Anzahl an sogenannten direct repeat Sequnzen, die die Enden des
doppelsträngigen Virus Genoms flankieren, aufwiesen. Bestätigt wurde diese Beobachtung durch in vitro Daten, wofür Zelllinien generiert wurden, um den HHV-6 Wert in menschlichen Proben zu imitieren. Außerdem konnte durch Sanger Sequenzierung die Integration der viralen DR Sequenzen außerhalb von Telomer Regionen in das Genom nachgewiesen werden.
Verschiedene Studien konnten zeigen, dass C. trachomatis DNA Schäden verursacht und die Signal Kaskade von Antworten auf DNA-Schäden inhibiert. Bisher wurde die Auswirkung
einer C. trachomatis Infektion auf den Prozess der DNA Reparatur selbst noch nicht behandelt. In dieser Studie wird die Auswirkung einer C. trachomatis Infektion auf Basen-Exzisionsreparatur (BER) thematisiert. Interessanterweise wurde herausgefunden, dass während einer C. trachomatis Infektion die Expression von Polymerase β herunterreguliert ist und dadurch die Polymerase β-vermittelte Basen-Exzisionsreparatur in vitro gestoppt
wird. Diese Herunterregulierung konnte mit einer verminderten Expression des Tumorsuppressor p53 assoziiert werden. Darüber hinaus reguliert p53 auf transkriptioneller
Ebene Polymerase β und eine Stabilisierung von p53 während einer C. trachomatis Infektion verbesserte die Reparatur-Effizienz. Vorangegangene Studien haben außerdem gezeigt, dass C. trachomatis die latente Form von HHV-6 reaktivieren kann. Deshalb unterstützt die genomische Instabilität aufgrund einer Insertion von HHV-6 DR, gefolgt von komprimierter BER während einer C. trachomatis Infektion, zunehmend die Hypothese, dass eine pathogene Infektion ein vermutlicher Auslöser von Eierstockkrebs sein könnte.
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Host Genome Integrity
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Human Herpesvirus 6
KW  - Humanes Herpesvirus 6
KW  - Eierstockkrebs
KW  - Molekulargenetik
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162026
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schubert, Frank Klaus
T1  - The circadian clock network of \(Drosophila\) \(melanogaster\)
T1  - Das Uhrneuronennetzwerk von \(Drosophila\) \(melanogaster\)
N2  - All living organisms need timekeeping mechanisms to track and anticipate cyclic changes in their environment. The ability to prepare for and respond to daily and seasonal changes is endowed by circadian clocks. The systemic features and molecular mechanisms that drive circadian rhythmicity are highly conserved across kingdoms. Therefore, Drosophila melanogaster with its relatively small brain (ca. 135.000 neurons) and the outstanding genetic tools that are available, is a perfect model to investigate the properties and relevance of the circadian system in a complex, but yet comprehensible organism. 
The last 50 years of chronobiological research in the fruit fly resulted in a deep understanding of the molecular machinery that drives circadian rhythmicity, and various histological studies revealed the neural substrate of the circadian system. However, a detailed neuroanatomical and physiological description on the single-cell level has still to be acquired. Thus, I employed a multicolor labeling approach to characterize the clock network of Drosophila melanogaster with single-cell resolution and additionally investigated the putative in- and output sites of selected neurons.
To further study the functional hierarchy within the clock network and to monitor the “ticking clock“ over the course of several circadian cycles, I established a method, which allows us to follow the accumulation and degradation of  the core clock genes in living brain explants by the means of bioluminescence imaging of single-cells.
N2  - Alle lebenden Organismen benötigen Mechanismen zur Zeitmessung, um sich auf periodisch wiederkehrende Umweltveränderungen einstellen zu können. Zirkadiane Uhren verleihen die Fähigkeit, tages- und jahreszeitliche Veränderungen vorauszuahnen und sich an diese anzupassen. Die Eigenschaften des zirkadianen Systems, als auch dessen molekularer Mechanismus scheinen über sämtliche Taxa konserviert zu sein. Daher bietet es sich an, die leicht handhabbare Taufliege Drosophila melanogaster als Modellorganismus zu benutzen. Das relativ kleine Gehirn (ca. 135.000 Neurone) und die herausragende genetische Zugänglichkeit der Fliege prädestinieren sie dazu, das zirkadiane System in einem komplexen, aber dennoch überschaubaren Kontext zu untersuchen.
Die vergangenen 50 Jahre chronobiologischer Forschung an Drosophila führten zu einem tiefgreifenden Verständnis der molekularen Mechanismen, die für tageszeitliche Rhythmizität verantwortlich sind. Anhand zahlreicher histologischer Untersuchungen wurde die neuronale Grundlage, das Uhrneuronennetzwerk im zentralen Nervensystem, beschrieben. Nichtsdestotrotz, gibt es noch immer keine detaillierte neuroanatomische und physiologische Charakterisierung der Uhrneurone auf Einzelzellebene. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die umfangreiche Beschreibung der Einzelzellanatomie ausgewählter Uhrneurone sowie die Identifikation mutmaßlicher post- und präsynaptischer Verzweigungen.
Darüber hinaus war es mir möglich, eine Methode zur Messung von Biolumineszenzrhythmen in explantierten lebenden Gehirnen zu etablieren. Mit einem Lumineszenzmikroskop können die Proteinoszillationen einzelner Uhrneurone über die Dauer mehrerer zirkadianer Zyklen aufgezeichnet werden, wodurch neue funktionale Studien ermöglicht werden.
KW  - Taufliege
KW  - Chronobiologie
KW  - Tagesrhythmus
KW  - Neuroanatomie
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - circadian rhythms
KW  - single cell anatomy
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157136
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frank, Erik Thomas
T1  - Behavioral adaptations in the foraging behaviour of \(Megaponera\) \(analis\)
T1  - Verhaltensanpassungen im Furagierverhalten von \(Megaponera\) \(analis\)
N2  - An efficient foraging strategy is one of the most important traits for the fitness of animals. The theory of optimal foraging tries to predict foraging behaviour through the overarching question: how animals should forage so as to minimize costs while maximizing profits? Social insects, having occupied nearly every natural niche through widely different strategies, offer themselves as an ideal group to study how well optimal foraging theory can explain their behaviour and success. 
Specialization often leads to unique adaptations in morphology and behaviour. I therefore decided to investigate the behaviour of Megaponera analis. This ponerine ant species is specialized on hunting only termites of the subfamily Macrotermitinae at their foraging sites. Their foraging behaviour is regulated by a handful of individual scouts (10-20) that search for termite foraging sites before returning to the nest to recruit a large number of nestmates (200-500 ants). These ants then follow the scout in a column formation to the termites and after the hunt return together to the nest, these raids occur two to five times per day.
Predators of highly defensive prey likely develop cost reducing adaptations. The evolutionary arms race between termites and ants led to various defensive mechanisms in termites, e.g. a caste specialized in fighting predators. As M. analis incurs high injury/mortality risks when preying on termites, some risk mitigating adaptations have evolved. I show that a unique rescue behaviour in M. analis, consisting of injured nestmates being carried back to the nest, reduces combat mortality. These injured ants “call for help” with pheromones present in their mandibular gland reservoirs. A model accounting for this rescue behaviour identifies the drivers favouring its evolution and estimates that rescuing allows for maintaining a 29% larger colony size. Heavily injured ants that lost too many legs during the fight on the other hand are not helped. Interestingly, this was regulated not by the helper but by the uncooperativeness of the injured ant.  I further observed treatment of the injury by nestmates inside the nest through intense allogrooming directly at the wound. Lack of treatment increased mortality from 10% to 80% within 24 hours, with the cause of death most likely being infections.
Collective decision-making is one of the main mechanisms in social insects through which foraging is regulated. However, individual decision-making can also play an important role, depending on the type of foraging behaviour. In M. analis only a handful of individuals (the scouts) hold all the valuable information about foraging sites. I therefore looked at predictions made by optimal foraging theory to better understand the interplay between collective and individual decision-making in this obligate group-raiding predator. I found a clear positive relation between raid size and termite abundance at the foraging site. Furthermore, selectivity of the food source increased with distance. The confirmation of optimal foraging theory suggests that individual scouts must be the main driver behind raid size, choice and raiding behaviour. Therefore most central place foraging behaviours in M. analis were not achieved by collective decisions but rather by individual decisions of scout ants. Thus, 1% of the colony (10–20 scouts) decided the fate and foraging efficiency of the remaining 99%. 
Division of labour is one of the main reasons for the success of social insects. Worker polymorphism, age polyethism and work division in more primitive ants, like the ponerines, remain mostly unexplored though. Since M. analis specializes on a defensive prey, adaptations to reduce their foraging costs can be expected. I found that the work division, task allocation and column-formation during the hunt were much more sophisticated than was previously thought. The column-formation was remarkably stable, with the same ants resuming similar positions in subsequent raids and front ants even returning to their positions if displaced in the same raid. Most of the raid tasks were not executed by predetermined members of the raid but were filled out as need arose during the hunt, with a clear preference for larger ants to conduct most tasks. 
I show that specialization towards a highly defensive prey can lead to very unique adaptations in the foraging behaviour of a species.  I explored experimentally the adaptive value of rescue behaviour focused on injured nestmates in social insects. This was not only limited to selective rescuing of lightly injured individuals by carrying them back (thus reducing predation risk) but moreover includes a differentiated treatment inside the nest. These observations will help to improve our understanding of the evolution of rescue behaviour in animals. I further show that most optimal foraging predictions are fulfilled and regulated by a handful of individuals in M. analis. Lastly, I propose that the continuous allometric size polymorphism in M. analis allows for greater flexibility in task allocation, necessary due to the unpredictability of task requirements in an irregular system such as hunting termites in groups. All of my observations help to further understand how a group-hunting predator should forage so as to minimize costs while maximizing profits.
N2  - Ein effizientes Furagierverhalten ist eine der wesentlichsten Voraussetzungen für die Überlebensfähigkeit von Tieren. Die Theorie des „Optimal Foraging“ versucht, das Furagierverhalten durch die übergreifende Frage zu verstehen: Wie sollten Tiere nach Futter suchen/jagen, um die Kosten zu minimieren und gleichzeitig die Gewinne zu maximieren? Soziale Insekten, die fast jede natürliche Nische durch diverse Strategien besetzt haben, bieten sich als ideale Gruppe an, um zu untersuchen, wie gut „Optimal Foraging“ ihr Verhalten und ihren Erfolg erklären kann.
Da Spezialisierung oft zu einzigartigen Anpassungen in Morphologie und Verhalten führt, war das Jagdverhalten von Megaponera analis diesbezüglich sehr vielversprechend. Diese Ponerinae Ameisenart ist spezialisiert auf die Jagd von Termiten der Unterfamilie Macrotermitinae an ihren Futterstellen. Ihr Jagdverhalten wird durch eine Handvoll von einzelner Späher (10-20) geregelt, die nach Termiten-Futterstellen suchen, bevor sie zum Nest zurückkehren, um eine große Anzahl von Nestgenossinnen (200-500 Ameisen) zu rekrutieren. Die Ameisen folgen dann dem Späher in einer Kolonne zu den Termiten und zurück, diese Überfälle finden zwei bis fünf Mal am Tag statt.
Es ist wahrscheinlich, dass Prädatoren von defensiver Beute kostenreduzierende Anpassungen entwickeln. Das evolutionäre Wettrüsten zwischen Termiten und Ameisen führte zu verschiedenen Abwehrmechanismen bei Termiten, z.B. eine Soldaten-Kaste, die sich auf die Bekämpfung von Raubtieren spezialisiert hat. Da M. analis ein hohes Verletzungsrisiko durch Termitensoldaten hat, haben sich bei ihr einige kostenreduzierende Anpassungen entwickelt. Ich zeige, dass ein einzigartiges Rettungsverhalten bei M. analis, bestehend aus verletzten Nestgenossinnen, die zum Nest zurückgetragen werden, die Mortalität reduziert. Diese verletzten Ameisen „rufen“ um Hilfe mit Pheromonen, die in ihren mandibularen Drüsenreservoirs vorhanden sind. Ein Modell, das dieses Rettungsverhalten berücksichtigt, hilft dabei die wichtigsten Faktoren zu identifizieren, welche die Evolution dieses Rettungsverhaltens begünstigen. Ferner wird schwerverletzten Ameisen, die während des Kampfes zu viele Beine verloren haben, nicht geholfen. Interessanterweise wird dies nicht durch den Helfer reguliert, sondern durch die mangelnde Kooperation der verletzten Ameise. Des Weiteren beobachtete ich die Behandlung der Verletzten durch Nestgenossinnen im Nest durch intensives „Allogrooming“/lecken direkt an der Wunde. Eine Unterbindung der Behandlung erhöhte die Mortalität von 10% auf 80% innerhalb von 24 Stunden, höchstwahrscheinlich aufgrund von Infektionen.
Die kollektive Entscheidungsfindung ist einer der Hauptmechanismen bei sozialen Insekten, durch die die Futtersuche reguliert wird. Allerdings spielt die individuelle Entscheidungsfindung, je nach Art des Furagierverhaltens, auch eine wichtige Rolle. In M. analis haben nur eine Handvoll von Individuen (die Späher) alle Informationen über die Futterstellen. Ich betrachtete daher die Vorhersagen, die durch „Optimal Foraging“ gemacht werden, um das Zusammenspiel von kollektiver und individueller Entscheidungsfindung bei diesem obligaten Gruppenjäger besser zu verstehen. Ich fand eine klare positive Beziehung zwischen Raubzugsgröße und Termitenabundanz an der Futterstelle. Außerdem erhöhte sich die Selektivität der Futterstelle mit der Entfernung zum Nest. Die Bestätigung der „Optimalen Foraging“ Theorie deutet darauf hin, dass einzelne Späher der Haupttreiber hinter Raubzugsgröße, Wahl und Raubzugsverhalten sein müssen. Dies bedeutet, dass in M. analis das Furagierverhalten nicht durch kollektive Entscheidungen, sondern durch individuelle Entscheidungen der Späher reguliert wird. So entschied 1% der Kolonie (10-20 Späher) das Schicksal und die Furagier-Effizienz der restlichen 99%.
Die Arbeitsteilung ist einer der Hauptgründe des Erfolgs sozialer Insekten. Arbeiterpolymorphismus, Alterspolyethismus und Arbeitsteilung bei primitiveren Ameisen, wie den Ponerinen, blieben bisher jedoch meist unerforscht. Da M. analis sich auf eine defensive Beute spezialisiert hat, sind Anpassungen zur Reduzierung ihrer Furagierkosten zu erwarten. Ich zeige, dass die Arbeitsteilung und Kolonnenformation während der Jagd viel anspruchsvoller ist, als bisher angenommen. Die Kolonnenformation war bemerkenswert stabil: dieselben Ameisen nahmen ähnliche Positionen in späteren Raubzügen ein und die vorderen Ameisen kehrten sogar zu ihrer Position zurück, wenn diese absichtlich verändert wurde. Dies weist auf unbekannte Regulationsmechanismen für die Bildung der Kolonne hin. Darüber hinaus wurden die meisten der Raubzugsaufgaben nicht von vorgegebenen Mitgliedern des Raubzugs ausgeführt, sondern wurden je nach Bedarf während der Jagd verteilt.
Meine Versuche zeigen, dass die Spezialisierung auf eine hoch defensive Beute zu sehr einzigartigen Anpassungen im Furagierverhalten einer Art führen kann. Ich erforschte experimentell den adaptiven Wert eines Rettungsverhaltens, das auf verletzte Nestgenossinnen bei sozialen Insekten fokussiert war. Dies beschränkte sich nicht nur auf die selektive Rettung von leicht verletzten Individuen, welche zurückgetragen wurden (wodurch das Prädationsrisiko reduziert wurde), sondern umfasst darüber hinaus eine differenzierte Behandlung im Nest. Ich zeige weiter, dass die meisten „Optimal Foraging“ Vorhersagen von einer Handvoll Individuen in M. analis erfüllt und reguliert werden. Schließlich postuliere ich die Hypothese, dass der kontinuierliche allometrische Größenpolymorphismus in M. analis eine größere Flexibilität bei der Aufgabenverteilung ermöglicht, die aufgrund der Unberechenbarkeit der Aufgabenanforderungen in einem unregelmäßigen System wie dem Jagen von Termiten in Gruppen Erforderlich ist. Alle meine Beobachtungen verbessern unser Verständnis des Verhaltens eines Gruppenjägers, das während der Jagd die Kosten zu minimieren und die Gewinne zu maximieren hat.
KW  - Stechameisen
KW  - Nahrungserwerb
KW  - Verhalten
KW  - Optimal foraging
KW  - Rescue behaviour
KW  - Myrmecology
KW  - Behaviour
KW  - Ecology
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Segerer, Gabriela
T1  - Characterization of cell biological and physiological functions of the phosphoglycolate phosphatase AUM
T1  - Charakterisierung zellbiologischer und physiologischer Funktionen der Phosphoglykolat-Phosphatase AUM
N2  - Mammalian haloacid dehalogenase (HAD)-type phosphatases are a large and ubiquitous family of at least 40 human members. Many of them have important physiological functions, such as the regulation of intermediary metabolism and the modulation of enzyme activities, yet they are also linked to diseases such as cardiovascular or metabolic disorders and cancer.
Still, most of the mammalian HAD phosphatases remain functionally uncharacterized.
This thesis reveals novel cell biological and physiological functions of the phosphoglycolate phosphatase PGP, also referred to as AUM. To this end, PGP was functionally characterized by performing analyses using purified recombinant proteins to investigate potential protein substrates of PGP, cell biological studies using the spermatogonial cell line GC1, primary mouse lung endothelial cells and lymphocytes, and a range of biochemical techniques to characterize Pgp-deficient mouse embryos.
To characterize the cell biological functions of PGP, its role downstream of RTK- and integrin signaling in the regulation of cell migration was investigated. It was shown that PGP inactivation elevates integrin- and RTK-induced circular dorsal ruffle (CDR) formation, cell spreading and cell migration. Furthermore, PGP was identified as a negative regulator of directed lymphocyte migration upon integrin- and GPCR activation.
The underlying mechanisms were analyzed further. It was demonstrated that PGP regulates CDR formation and cell migration in a PLC- and PKC-dependent manner, and that Src family kinase activities are required for the observed cellular effects. Upon integrin- and RTK activation, phosphorylation levels of tyrosine residues 1068 and 1173 of the EGF receptor were elevated and PLCγ1 was hyper-activated in PGP-deficient cells. Additionally, PGP-inactivated lymphocytes displayed elevated PKC activity, and PKC-mediated cytoskeletal remodeling was accelerated upon loss of PGP activity. Untargeted lipidomic analyses revealed that the membrane lipid phosphatidylserine (PS) was highly upregulated in PGP-depleted cells.
These data are consistent with the hypothesis that the accumulation of PS in the plasma membrane leads to a pre-assembly of signaling molecules such as PLCγ1 or PKCs that couple the activation of integrins, EGF receptors and GPCRs to accelerated cytoskeletal remodeling.
Thus, this thesis shows that PGP can affect cell spreading and cell migration by acting as a PG-directed phosphatase.
To understand the physiological functions of PGP, conditionally PGP-inactivated mice were analyzed. Whole-body PGP inactivation led to an intrauterine growth defect with developmental delay after E8.5, resulting in a gradual deterioration and death of PgpDN/DN embryos between E9.5 and E11.5. However, embryonic lethality upon whole-body PGP inactivation was not caused by a primary defect of the (cardio-) vascular system. Rather, PGP inactivated embryos died during the intrauterine transition from hypoxic to normoxic conditions.
Therefore, the potential impact of oxygen on PGP-dependent cell proliferation was investigated. Analyses of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) generated from E8.5 embryos and GC1 cells cultured under normoxic and hypoxic conditions revealed that normoxia (~20% O2) causes a proliferation defect in PGP-inactivated cells, which can be rescued under
hypoxic (~1% O2) conditions. Mechanistically, it was found that the activity of triosephosphate isomerase (TPI), an enzyme previously described to be inhibited by phosphoglycolate (PG) in vitro, was attenuated in PGP-inactivated cells and embryos. TPI constitutes a critical branch point between carbohydrate- and lipid metabolism because it catalyzes the isomerization of the glycolytic intermediates dihydroxyacetone phosphate (DHAP, a precursor of the glycerol backbone required for triglyceride biosynthesis) and glyceraldehyde 3’-phosphate (GADP).
Attenuation of TPI activity, likely explains the observed elevation of glycerol 3-phosphate levels and the increased TG biosynthesis (lipogenesis). Analyses of ATP levels and oxygen consumption rates (OCR) showed that mitochondrial respiration rates and ATP production were elevated in PGP-deficient cells in a lipolysis-dependent manner. However under hypoxic conditions (which corrected the impaired proliferation of PGP-inactivated cells), OCR and ATP production was indistinguishable between PGP-deficient and PGP-proficient cells. We therefore propose that the inhibition of TPI activity by PG accumulation due to loss of PGP activity shifts cellular bioenergetics from a pro-proliferative, glycolytic metabolism to a lipogenetic/lipolytic metabolism.
Taken together, PGP acts as a metabolic phosphatase involved in the regulation of cell migration, cell proliferation and cellular bioenergetics. This thesis constitutes the basis for further studies of the interfaces between these processes, and also suggests functions of PGP for glucose and lipid metabolism in the adult organism.
N2  - Haloazid Dehalogenase (HAD)-Typ Phosphatasen in Säugetieren gehören zu einer großen ubiquitären Proteinfamilie, zu der auch mindestens 40 Phosphatasen, die im menschlichen Organismus vertreten sind, zählen. Eine Vielzahl dieser Phosphatasen hat wichtige physiologische Funktionen beispielsweise als regulatorische Enzyme im Metabolismus.
Gleichzeitig werden sie in Verbindung mit Erkrankungen des kardiovaskulären Systems, Stoffwechselstörungen und Krebs gebracht. Dennoch sind die Funktionen vieler Mitglieder dieser Phosphatasen Familie bis heute weitestgehend unbekannt.
In der vorliegenden Arbeit wurden die zellbiologischen und physiologischen Funktionen der Phosphoglykolat-Phosphatase PGP, auch AUM genannt, charakterisiert. Zu diesem Zweck wurde mit gereinigtem Enzym nach potenziellen Protein-Substraten von PGP gesucht.
Weiterhin wurden zellbiologische Studien mit der spermatogonialen GC1 Zelllinie sowie mit primären Endothelzellen und Lymphozyten durchgeführt. Mit biochemischen Methoden wurden zudem PGP-defiziente Mausembryonen charakterisiert.
Es wurde zunächst die Rolle von PGP für RTK- und integrin- induzierte Zellmigration untersucht. Dabei zeigte sich, dass PGP Inaktivierung die Zelladhäsion und Zellmigration steigerte. Gleichzeitig wurde eine vermehrte Bildung von RTK- und integrinvermittelten ringförmigen Plasmamembranausstülpungen, sogenannten Circular Dorsal Ruffles (CDR) auf der dorsalen Zelloberfläche beobachtet. PGP wurde zudem als negativer Regulator integrinund GPCR-induzierter gerichteter Lymphozytenmigration identifiziert. Der zugrundeliegende molekulare Mechanismus wurde näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass PGP die Bildung von CDRs und die gerichtetete Zellmigration in Abhängigkeit der Phospholipase C- (PLC-), Proteinkinase C- (PKC-) sowie Src Kinase-Aktivität steuert. Nach Integrin- und RTKAktivierung waren die Tyrosinreste 1068 und 1173 des EGF-Rezeptors in PGP-depletierten Zellen vermehrt phosphoryliert und PLCγ1 in diesen Zellen hyperaktiviert. Interessanterweise wurde zudem eine beschleunigte PKC-vermittelte Reorganisation des Zytoskeletts beobachtet. In stimulierten Lymphozyten führte PGP-Inaktivierung zu einer erhöhten PKCAktivität.
Durch massenspektrometrische Analysen konnten erhöhte Spiegel des Membranlipids Phosphatidylserin (PS) in PGP-defizienten Zellen nachgewiesen werden.
Diese Ergebnisse sind konsistent mit der Hypothese, dass die Anreicherung von PS in der Plasmamembran PGP-defizienter Zellen zu einer Vor-Rekrutierung von Signalproteinen führt, die die Aktivierung von Integrinen, EGF-Rezeptoren und GPCRs mit einer beschleunigten Zytoskelett-Reorganisation verbindet. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass PGP durch die Dephosphorylierung von Phosphoglykolat die Zelladhäsion und Zellmigration reguliert.
Um die physiologischen Funktionen von PGP zu verstehen, wurden konditional PGPinaktivierte Mäuse untersucht. Die Inaktivierung von PGP im gesamten Organismus führte zu einem Wachstumsdefekt ab Tag E8.5 und dem Tod der Embryonen im Uterus zwischen Tag E9.5 und E11.5. Die beobachtete embryonale Letalität war nicht durch einen Defekt des (kardio-)vaskulären Systems zu erklären.
PGP-inaktivierte Embryonen starben zu einem Zeitpunkt, an dem der intrauterine Übergang von einem hypoxischen zu einem normoxischen Millieu stattfindet. Der Einfluss von Sauerstoff wurde deshalb weiter untersucht. Zellwachstumsanalysen unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen mit GC1 Zellen und embryonalen Maus-Fibroblasten, die aus E8.5 Embryonen gewonnen wurden zeigten, dass normoxische Bedingungen (~20% O2) einen Wachstumsdefekt PGP-inaktivierter Zellen verursacht, wohingegen dies unter hypoxischen Bedingungen (~1% O2) nicht der Fall war. Mechanistisch konnte gezeigt werden, dass die Aktivität der Triosephosphatisomerase (TPI), ein durch PG in vitro gehemmtes Enzym, in PGP inaktivierten Zellen und Embryonen vermindert war. TPI stellt einen entscheidenden Verzweigungspunkt des Glukose- und Lipidstoffwechsels dar. TPI katalysiert die Isomerisierung der aus der Glykolyse stammenden Intermediate Dihydroxyacetonphosphat (DHAP, eine Vorstufe des für die Triglycerid-Biosynthese benötigten Glycerol-Grundgerüsts) und Glyceraldehyd-3’-phosphat (GADP). Eine Verringerung der TPI-Aktivität in PGPinaktivierten Zellen resultierte in erhöhten Glycerol-3-phosphat Spiegeln und einer gesteigerten Triglycerid-Biosynthese. Die Analyse des zellulären ATP Gehalts und des Sauerstoffverbrauchs bei der mitochondrialen Atmung zeigte, dass sowohl die ATP Produktion als auch die mitochondriale Atmung in Abhängikeit der Lipolyse in PGP-defizienten Zellen erhöht waren. Unter hypoxischen Bedingungen, die zu einer Normalisierung der Zellproliferation führten, wiesen PGP-profiziente und -defiziente Zellen keinen Unterschied bezüglich ATP Produktion und mitochondrialer Atmung auf.
Wir vermuten deswegen, dass die Inhibierung der TPI-Aktivität durch PG-Anreicherung aufgrund ausbleibender Hydrolyse durch PGP zu einer Verschiebung des zellulären Energiehaushaltes von Seiten eines pro-proliferativ glykolytischen auf die Seite eines lipogenetisch/lipolytischen Metabolismus führt.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass PGP als eine metabolische Phosphatase Zellmigration, Zellproliferation wie auch den zellulären Energiehaushalt reguliert. Die vorliegende Arbeit stellt somit die Grundlage für weitere Untersuchungen an der Schnittschnelle dieser zellulären Prozesse dar und lässt auf eine wichtige Rolle von PGP im Glukose- und Lipidstoffwechsel im adulten Organismus schließen.
KW  - Phosphoglykolatphosphatase
KW  - Phosphoglykolat-Phosphatase
KW  - Maus
KW  - Cytologie
KW  - Physiologie
KW  - Phosphatasen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-123847
ER  - 
TY  - THES
A1  - Alexander, Stephanie
T1  - Collective cancer cell invasion \(in\) \(vivo\): function of β1 and β3 integrins in perivascular invasion and resistance to therapy
T1  - Kollektive Tumorzellinvasion \(in\) \(vivo\): Funktion von β1 und β3 Integrinen in perivaskulärer Invasion und Therapieresistenz
N2  - Pro-migratory signals mediated by the tumor microenvironment contribute to the cancer progression cascade, including invasion, metastasis and resistance to therapy. Derived from in vitro studies, isolated molecular steps of cancer invasion programs have been identified but their integration into the tumor microenvironment and suitability as molecular targets remain elusive. The purpose of the study was to visualize central aspects of tumor progression, including proliferation, survival and invasion by real-time intravital microscopy. The specific aims were to monitor the kinetics, mode, adhesion and chemoattraction mechanisms of tumor cell invasion, the involved guidance structures, and the response of invasion zones to anti-cancer therapy. To reach deeper tumor regions by optical imaging with subcellular resolution, near-infrared and infrared excited multiphoton microscopy was combined with a modified dorsal skinfold chamber model. Implanted HT-1080 fibrosarcoma and B16/F10 and MV3 melanoma tumors developed zones of invasive growth consisting of collective invasion strands that retained cell-cell contacts and high mitotic activity while invading at velocities of up to 200 μm per day. Collective invasion occurred predominantly along preexisting tissue structures, including blood and lymph vessels, collagen fibers and muscle strands of the deep dermis, and was thereby insensitive to RNAi based knockdown and/or antibody-based treatment against β1 and β3 integrins, chemokine (SDF-1/CXCL12) and growth factor (EGF) signaling. Therapeutic hypofractionated irradiation induced partial to complete regression of the tumor main mass, yet failed to eradicate the collective invasion strands, suggesting a microenvironmentally privileged niche. Whereas no radiosensitization was achieved by interference with EGFR or doxorubicin, the simultaneous inhibition of β1 and β3 integrins impaired cell proliferation and survival in spontaneously growing tumors and strongly enhanced the radiation response up to complete eradication of both main tumor and invasion strands. In conclusion, collective invasion in vivo is a robust process which follows preexisting tissue structures and is mainly independent of established adhesion and chemoattractant signaling. Due to its altered biological response to irradiation, collective invasion strands represent a microenvironmentally controlled and clinically relevant resistance niche to therapy. Therefore supportive regimens, such as anoikisinduction by anti-integrin therapy, may serve to enhance radio- and chemoefficacy and complement classical treatment regimens.
N2  - Die Progression von Tumorerkrankungen, einschließlich Tumorinvasion, Metastasierung und Therapieresistenz wird unter anderem durch migrationsfördernde Signale aus der Tumorumgebung vermittelt. Zur bisherigen Aufklärung einzelner Schritte des Tumorinvasions- und Progressionsprogramms trugen dabei wesentlich In-vitro-Studien bei, jedoch erfordert die Darstellung der Relevanz molekularer Zielstrukturen und deren Funktion im Tumormikromilieu die Validierung in geeigneten In-vivo-Tumormodellen. Ziel dieser Studie war, zelluläre und molekulare Mechanismen der Tumorprogression inklusive Proliferation, Überleben und Invasion mittels Echtzeit-Intravitalmikroskopie darzustellen. Untersucht wurden insbesondere die Kinetik und Arten der Tumorzellinvasion, die zugrunde liegenden Adhäsionswege und pro-migratorischen Signale (EGF, SDF-1), beteiligte Leitstrukturen des Tumorstromas, und Strategien, therapeutisch gegen Invasionszonen vorzugehen. Um tiefe Tumorareale mittels subzellulär aufgelöster optischer Bildgebung zu erreichen, wurde nah-infrarote und infrarote Multiphotonenmikroskopie mit einem modifizierten Rückenkammermodell kombiniert. Orthotope Xeno- und Allotransplantate von HT-1080-Fibrosarkom- und B16/F10- oder MV3-Melanomzellen entwickelten dabei ausgeprägte invasive Wachstumszonen bestehend aus kollektiven Invasionssträngen mit intakten Zell-Zell-Kontakten und zeitgleicher Mitoseaktivität, die Geschwindigkeiten von bis zu 200 μm pro Tag erreichten. Diese kollektive Invasion orientierte sich bevorzugt entlang von Funktionsstrukturen der tiefen Dermis wie Blut- und Lymphgefäßen, Kollagenfasern und Muskelsträngen. RNAibasierende Herrunterregulation und/oder Injektion blockierender Antikörper gegen β1 und β3 Integrine, wie auch Inhibition von EGF führten nur zu minimaler Änderung der Invasionseffizienz. Therapeutische hypofraktionierte Bestrahlung induzierte partielle bis komplette Regression der Tumorhauptmasse, nicht jedoch der kollektiven Invasionsstränge, was auf eine kombinierte Invasions- und Resistenznische hinweist. Weder Doxorubicin noch gegen EGFR gerichtete Antikörper steigerten die Radiosensitivität, jedoch führte die simultane Inhibition von β1 und β3 Integrinen zu einer starken Hemmung von Proliferation und Überleben spontan wachsender Tumoren (Anoikis) und verstärkte die Strahlungssensitivität bis hin zum kompletten Verschwinden von sowohl Tumorhauptmasse wie auch Invasionsträngen. Kollektive Invasion ist somit ein wichtiger Invasionsmodus, der sich an vorbestehenden Gewebsstrukturen orientiert und unabhängig von Integrinen und EGF- und SDF-1-Signalen erfolgt. Die kollektiven Stränge entwickeln dabei eine vom Haupttumor verschiedene biologische Reaktion auf Bestrahlung und entsprechen damit einer durch die Mikroumgebung kontrollierten und von Integrinsignalen abhängenden Resistenznische. Somit könnte eine zusätzliche anti- Integrin-Therapie die Effizienz von Bestrahlung und Chemotherapie erhöhen und klassische Behandlungsschemen/-programme ergänzen.
KW  - Tumorzelle
KW  - Kollektive Invasion
KW  - Multiphotonenmikroskopie
KW  - Integrine
KW  - collective invasion
KW  - multiphoton microscopy
KW  - integrins
KW  - Invasion
KW  - Integrine
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85435
ER  -