TY  - THES
A1  - Fronczek, David Norman
T1  - Integration of fluorescence and atomic force microscopy for single molecule studies of protein complexes
N2  - The scope of this work is to develop a novel single-molecule imaging technique by combining atomic force microscopy (AFM) and optical fluorescence microscopy. The technique is used for characterizing the structural properties of multi-protein complexes. The high-resolution fluorescence microscopy and AFM are combined (FIONA-AFM) to allow for the identification of individual proteins in such complexes. This is achieved by labeling single proteins with fluorescent dyes and determining the positions of these fluorophores with high precision in an optical image. The same area of the sample is subsequently scanned by AFM. Finally, the two images are aligned and the positions of the fluorophores are displayed on top of the topographical data. Using quantum dots as fiducial markers in addition to fluorescently labeled proteins, fluorescence and AFM information can be aligned with an accuracy better than 10 nm, which is sufficient to identify single fluorescently labeled proteins in most multi-protein complexes. The limitations of localization precision and accuracy in fluorescence and AFM images are investigated, including their effects on the overall registration accuracy of FIONA-AFM hybrid images. This combination of the two complementary techniques opens a wide spectrum of possible applications to the study of protein interactions, because AFM can yield high resolution (5–10 nm) information about the conformational properties of multi-protein complexes while the fluorescence can indicate spatial relationships of the proteins within the complexes. Additionally, computer simulations are performed in order to validate the accuracy of the registration algorithm.
N2  - Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein bildgebendes Verfahren zur Identifizierung einzelner Proteine in rasterkraftmikroskopischen Aufnahmen entwickelt. Dazu wird ein integrierter Versuchsaufbau aus einem Rasterkraft- und einem optischen Mikroskop verwendet. Ziel der Technik ist die Identifizierung einzelner Proteine im biologischen Kontext (z. B. in Proteinkomplexen). Dazu werden ausgewählte Proteine fluoreszierend markiert und parallel zur Rasterkraftmessung optisch abgebildet. Für dieses Verfahren werden transparente und zugleich nano-glatte Substrate benötigt. Dazu wurden Probenträger aus Glas und Mica (Muskovit) verwendet und evaluiert. Als Fluoreszenzfarbstoffe kommen Quantenpunkte zum Einsatz, bestehend aus 5–10 nm großen Nanokristallen, die vermittels Antikörper stabil an Proteine gebunden werden können, ohne deren Funktion zu beeinträchtigen. Die optische Anregung erfolgt durch einen Argon-Laser, unter Verwendung des Prinzips der Totalreflektions-Fluoreszenz-Mikroskopie (TIRF). Im optischen Bild erscheinen die Fluorophore als einzelne Beugungsscheibchen. Durch eine Ausgleichsrechnung, bei der eine 2D-Gaußfunktion an die Daten angepasst wird, werden die Positionen der Fluorophore mit hoher Genauigkeit ermittelt (Superlocalization). Anschließend werden die Bilder durch eine affine Transformation ausgerichtet. Diese Transformation wird durch ein merkmalbasiertes Bildregistrierungsverfahren numerisch bestimmt, welches die Koordinaten einiger identischer Punkte in den Rasterkraft- und Fluoreszenzbildern als Eingabe benötigt. Die Programmierung und Evaluierung des zur Auswertung erforderlichen Algorithmus war Teil der Arbeit. Die Positionen der Fluorophore werden anschließend farbkodiert im topografischen Bild ausgegeben, was die Identifizierung einzelner Proteine/Objekte ermöglicht. Zur experimentellen Realisierung des Verfahrens wurden Abbildungen mit ungebundenen Quantenpunkten erstellt, wobei eine Überlagerungsgenauigkeit von ca. 6 nm (Glas) bzw. ca. 9 nm (Mica) erreicht werden konnte. Ergänzend dazu wurden Simulationen durchgeführt, um die Validität des Auswertungsalgorithmus zu bestätigen. Diese ermöglichen zusätzlich Vorhersagen über die zu erwartende Genauigkeit unter verschiedenen Abbildungsbedingungen. Schließlich wurde die Technik exemplarisch auf ein biologisches System angewendet. Dazu wurde der Schadenserkennungsapparat des bakteriellen DNS-Reparatursystems NER herangezogen. Bei gleichzeitig deutlicher Sichtbarkeit einzelner DNS-Moleküle und Proteine im Topographiebild konnte eine Überlagerungsgenauigkeit von 8.8 nm erreicht werden.
KW  - Kraftmikroskopie
KW  - Fluoreszenz
KW  - DNS-Reparatur
KW  - Registrierung <Bildverarbeitung>
KW  - Multiproteinkomplex
KW  - AFM
KW  - Fluorescence imaging with one nanometer accuracy
KW  - FIONA
KW  - hybrid imaging
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70731
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schnabel, Katrin Anne
T1  - Validität tissue-microarray-basierter Immunphänotypisierung bei Hodgkin-Lymphomen
N2  - Die histologische Technik der Tissue-Microarrays ist eine sehr effiziente Methode, um eine große Anzahl auch heterogener Lymphome wie des Hodgkin-Lymphoms bei hohem Durchsatz unter homogenen Färbebedingungen zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass ein Probeschnitt zur vorherigen Auswahl stanzwürdigen Tumorareals nicht nötig ist. Die so genannte Blindstanzung trug weniger als einen Prozentpunkt (0,9%) zum Verlust der auswertbaren Fälle bei. Dennoch war bei einzelnen Parametern (LMP1 und EBER) ein hoher Gewebeverlust zu beobachten. In einer Stichprobe von 2696 Stanzen waren es 24% (631 Stanzen) bedingt durch die Färbetechnik, aber auch durch unterschiedliche Vorbehandlungen und Originalfixationen des Probematerials. In dieser Studie wurden 1212 Fälle zur Immuntypisierung von Tumorzellen des klassischen und nodulär lymphozyten-prädominanten Hodgkin-Lymphoms untersucht. Die Fälle von c-HL wiesen eine häufige Expression von CD30- und CD15-Oberflächenmarkern und kaum B-Zell-Marker auf, während im NLP-HL die Expression in umgekehrter Häufigkeit vorlag. Diese bisher größte Untersuchung von T-Zell-Markern an H-/RS-Zellen, erstmalig auch an NLP-HL, ergab eine bis zu 6-fach höhere Frequenz in der NLP-HL bei häufigerer B-Zell-Marker-Expression. Die in der Literatur beschriebene Rangordnung der Expressionshäufigkeit von Oberflächenantigenen im c-HL (CD2 > CD4 > CD3 > CD5 > CD8) wurde bestätigt und wich nur in den Markern CD3 und CD5 ab: Perforin >> CD4 > CD5 > CD3 > CD8 > GranzymB > TIA-1 > CD7. Tzankov et al. [45] fanden in ihrer Untersuchung mit 259 c-HL-Fällen eine Häufigkeit von 5% T-Zell-Marker-Expression. Die vorliegende Arbeit mit 1147 untersuchten c-HL-Fällen kam zum Ergebnis einer deutlich höheren T-Zell-Marker-Expressionshäufigkeit von 20,1%. Der pathophysiologische Mechanismus der T-Zell-Marker-Expression ist bis heute noch unklar, könnte aber als eine alternative Signalkaskade zur Aufrechterhaltung des Zellzyklus unter geändertem Zellmilieu gedeutet werden. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit betraf die Gruppe der Studienteilnehmer 60 Jahre und älter, um Hinweisen auf das „age-related“ EBV-associated Lymphom und der Rolle der Mikrosatelliten-Instabilität nachzugehen. So fand sich eine signifikante Häufung von Markern für eine EBV-Infektion (EBER, LMP1) in der Gruppe der über 60-Jährigen. Die Expression von DNA-Reparaturenzymen, deren Ausbleiben auf Mikrosatelliten-Instabilität gedeutet hätte, unterschied sich zwischen jüngeren und älteren Studienteilnehmern nicht.
KW  - Lymphogranulomatose
KW  - Microarray
KW  - Phänotyp
KW  - CD-Marker
KW  - Epstein-Barr-Virus
KW  - Alter
KW  - Mismatch
KW  - DNS-Reparatur
KW  - Tissue-Microarray-Technik
KW  - T-Zell-Marker
KW  - Gewebeverlust
KW  - Mikrosatelliten-Instabilität
KW  - -
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48158
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mahrhofer, Hartmut
T1  - Strahleninduzierte DNA-Schäden und deren Reparatur in humanen Tumor- und Fibroblastenzelllinien detektiert mittels Histon gamma-H2AX
T1  - Radiation induced DNA-damage and damage repair in human tumor- and fibroblast cell lines assessed by phosphorylated histone gamma-H2AX
N2  - Trotz erheblicher Fortschritte auf dem Gebiet der Strahlentherapie ist es bis heute noch nicht möglich, die Strahlenempfindlichkeit eines Individuums bereits vor Therapiebeginn vorherzusagen. Diese Tatsache führt dazu, dass es einerseits bei einem Teil der Patienten zu starken Nebenwirkungen infolge einer Bestrahlung kommt und andererseits die Therapie oftmals nicht in ausreichendem Maße anspricht. Die Entwicklung eines verlässlichen prädiktiven Tests stellt daher ein wichtiges Ziel der strahlentherapeutischen Forschung dar und stand auch im Zentrum dieser Arbeit. Methodisch kam dabei der Koloniebildungstest sowie die fluoreszenzmikroskopische Detektion und Bildanalyse des Histons gamma-H2AX, einem relativ neuen Marker für DNA-Doppelstrangbrüche, zum Einsatz. Untersucht wurde eine sehr heterogene Gruppe aus 5 Fibroblasten- sowie 5 Tumorzelllinien. Unter den Fibroblastenzelllinien befanden sich 2 normale Hautfibroblasten, 2 Hautfibroblasten von Brustkrebspatientinnen mit überdurchschnittlich starken Hautreaktionen nach der Bestrahlung sowie eine Zelllinie mit bekannter AT-Mutation. An Tumorzelllinien kam ein Adenokarzinom der Brust, ein Malignes Melanom, ein Fibrosarkom und zwei isogene aber unterschiedlich strahlensensible Glioblastomzelllinien, die sich in Hinblick auf ihre Proteinkinasenaktivitäten unterscheiden, zum Einsatz. Durch den Koloniebildungstest konnte eine große Bandbreite der klonogenen Überlebensraten erkannt werden, wobei Zelllinien mit Proteinkinasedefekten die größte Empfindlichkeit gegenüber ionisierender Strahlung aufwiesen. Der Verlauf des Histons gamma-H2AX in Hinblick auf die Induktion, die Abbaukinetiken, die verbliebenen Reste nach 18 Stunden Reparaturdauer sowie die dosisabhängigen Kurvensteigungen zeigten jeweils einen charakteristischen Verlauf für jede untersuchte Zelllinie. Interessanterweise war die Hintergrundfluoreszenz bei Tumorzelllinien signifikant höher als diejenige bei Fibroblastenzelllinien. Die strahlensensible Glioblastomzelllinie mit Proteinkinasedefekten zeigte eine deutlich protrahierte Phosphorylierung des Histons H2AX. Zwischen den Überlebensraten der Koloniebildungstests und den Ergebnissen der gamma-H2AX-Detektion wurden keine Korrelationen gefunden. Wie in dieser Arbeit gezeigt werden konnte, stellt der Verlauf des Histons gamma-H2AX einen stark zelllinienabhängigen Parameter dar. Das Histon gamma-H2AX besitzt dadurch ein hohes Potential um individuelle Mechanismen einer Zelllinie nach Einwirkung äußerer Noxen, wie beispielsweise ionisierende Strahlung, zu untersuchen. Es bietet interessante Ansatzpunkte zur Beurteilung neuer Therapieregimes als auch zur Entwicklung und Bewertung strahlenmodulierender Chemotherapeutika.
N2  - Despite of the efforts of modern radiotherapy, about 5-10% of tumor patients develop severe side effects of normal tissue after radiotherapy treatment. Therefore, there is a growing interest to establish a reliable method to predict a normal tissue’s radiosensitivity. On the other hand, some tumors did not respond adequately to the standard irradiation protocols. The development of a predictive test for radiotherapy is therefore one of the important goals of radiation research. The present study used two different methods to evaluate cellular reactions after irradiation – the colony forming test and digital image analysis of histone gamma-H2AX, a marker of DNA double strand breaks. Ten different cell lines derived from normal and malignant tissues were examined. Among them were 2 normal skin fibroblast lines, 2 fibroblast cell lines derived from the skin biopsies of tumor patients with adverse early skin-reactions to radiotherapy, and one fibroblast cell line with a known mutation of the AT gene. The five examined tumor cell lines included a fibrosarcoma (HT 1080), a breast carcinoma (MCF7), a melanoma (Colo-800) and two isogenic glioblastoma (MO59J and MO59K) cell lines. The results of the colony forming test for the 10 cell lines studied showed a wide range of the SF2-values (surviving fraction at 2 Gray). Cell lines with defects in the protein kinases, MO59J and AT, showed the lowest surviving fractions, 0.06 and 0.17, respectively. Interestingly, the background level of gamma-H2AX was significantly higher in malignant cell lines compared with non-malignant ones. We found that the glioblastoma cell line MO59J which is deficient in the protein kinases DNA-PK and ATM showed a delayed phosphorylation of H2AX. Comparison between the parameters of the colony-forming test and of histone gamma-H2AX revealed no correlation between the SF2-values and the induction and disappearance of histone gamma-H2AX for the cell sample tested. However, the induction, the kinetics of disappearance, residual and background parameters of histone gamma-H2AX showed a strong cell line specific behaviour. Our results suggest that histone gamma-H2AX seems to be a very useful cell-type-specific marker for DNA double-strand breaks which could be used as a patient specific molecular marker to assess the effect of radiosensitizers or different radiotherapy schedules in order to optimize the tumor treatment.
KW  - DNS-Reparatur
KW  - DNS-Doppelstrangbruch
KW  - Strahlensensibilität
KW  - Histon gamma-H2AX
KW  - Koloniebildungstest
KW  - prädiktiver Test
KW  - colony-forming assay
KW  - DNA damage
KW  - DNA double-strand break
KW  - Radiosensitivity
KW  - Histone gamma-H2AX
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-34823
ER  -