@phdthesis{Schneider2020,
  author    = {Schneider, Caroline},
  title     = {Modulation der Extinktion einer konditionierten Furchtreaktion durch Stimulation des pr{\"a}frontalen Kortex mittels tDCS (transcranial direct current stimulation)},
  doi       = {10.25972/OPUS-20875},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-208752},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Angstst{\"o}rungen geh{\"o}ren zu den h{\"a}ufigsten psychischen Erkrankungen in Deutschland, dabei k{\"o}nnten Hirnstimulationstechniken unterst{\"u}tzend zu bisherigen Therapieverfahren Anwendung finden. F{\"u}r die Entstehung und Behandlung von Angstst{\"o}rungen spielen die Prozesse der Konditionierung und Extinktion eine große Rolle, wobei im pr{\"a}frontalen Kortex eine erh{\"o}hte Aktivit{\"a}t gemessen werden kann. 51 gesunde Probanden nahmen an einem Furchtkonditionierungsexperiment mit zwei m{\"a}nnlichen Gesichtern als CS+ und CS- sowie einem Schrei als aversiven Stimulus teil. Es wurde untersucht, inwieweit die bilaterale transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) des dorsolateralen pr{\"a}frontalen Kortex die Extinktion moduliert. Die Stimulation erfolgte mittels tDCS links-kathodal {\"u}ber Position F3, rechts-anodal {\"u}ber Position F4 f{\"u}r 20 Minuten mit 2 mA und einer Elektrodengr{\"o}ße von 35 cm². Es wurden die Hautleitf{\"a}higkeit und der Startle-Reflex als physiologische Parameter der Furcht erfasst sowie Valenz und Arousal f{\"u}r die Stimuli durch subjektive Ratings erhoben. Bei den erfolgreich konditionierten Probanden (n = 28) kam es in der verum-tDCS-Gruppe w{\"a}hrend der fr{\"u}hen Extinktion zu einer signifikanten Zunahme der Hautleitf{\"a}higkeit auf CS-. M{\"o}glicherweise wurde durch die tDCS-Stimulation des dorsolateralen pr{\"a}frontalen Kortex eine Furchtgeneralisierung ausgel{\"o}st. Ein anderer Erkl{\"a}rungsansatz f{\"u}r die gefundenen Ergebnisse ist die Modulation von Aufmerksamkeitsprozessen durch die Stimulation. Weitere Forschung ist n{\"o}tig, bevor eine klinische tDCS-Anwendung bei Patienten mit Angstst{\"o}rungen m{\"o}glich ist.},
  subject      = {pr{\"a}frontale},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Zechner2018,
  author    = {Zechner, Martin},
  title     = {Quantifizierung morphologischer Ver{\"a}nderungen an Neuronen der lateralen Amygdala in SPRED2-defizienten M{\"a}usen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-172291},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {In der vorliegenden Dissertation wurden die Folgen einer SPRED2-Defizienz in einem Knockout Mausmodell untersucht. Dabei wurde insbesondere die m{\"o}gliche Verbindung zur Zwangsst{\"o}rung, einer psychiatrischen Erkrankung beleuchtet. Das SPRED2-Protein kommt im menschlichen K{\"o}rper in zahlreichen Geweben vor, besonders im Hirn wurde eine ubiquit{\"a}re Expression nachgewiesen und ein Zusammenhang mit der Neurogenese und neuronaler Differenzierung vermutet. Seine regulatorische Funktion besteht in einer inhibitorischen Wirkung auf den BDNF/TrkB-ERK-Signalweg, welcher u.a. f{\"u}r die Transkription neuronaler Gene verantwortlich ist. Die verwendeten SPRED2-defizienten M{\"a}use wurden durch Insertion eines Gene-Trap Vektors in das Spred2-Gen generiert. Die Insertion verhindert letztendlich die korrekte Translation des Proteins. Von der durch weitere Verpaarung entstehenden SPRED2-Knockout Mauslinie wurden ausschließlich m{\"a}nnliche Tiere verwendet. Im Rahmen einer SPRED2-KO-Studie von der AG Schuh des Physiologischen Instituts der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg, die u.a. die Entgleisung der HHNA mit resultierendem erh{\"o}hten Stresshormonspiegel und eine Dysregulation des Mineralhaushaltshormons Aldosteron zeigte, wurden bei den Versuchstieren zwanghafte Verhaltensmuster beobachtet. Daraufhin wurden elektrophysiologische Messungen durchgef{\"u}hrt, die auf eine Anomalie in der synaptischen {\"U}bertragung zwischen Thalamus und Amygdala hindeuteten. Erh{\"o}hte Effizienz und Erregbarkeit der amygdaloiden Neuronen f{\"u}hrten zu der morphologischen Untersuchung, die im Rahmen dieser Arbeit durchgef{\"u}hrt wurden. Da die Afferenzen des Thalamus vorwiegend in den lateralen Kern der Amygdala projizieren, wurde zun{\"a}chst dieser betrachtet. Ziel der Untersuchung war es, Erkenntnisse dar{\"u}ber zu erlangen, ob der Knockout des SPRED2-Proteins in M{\"a}usen zu einer ver{\"a}nderten Morphologie der Neuronen der lateralen Amygdala f{\"u}hrt. Falls dies der Fall sein sollte, k{\"o}nnte damit zumindest ansatzweise das zwanghafte Verhalten der SPRED2-defizienten M{\"a}usen erkl{\"a}rt werden. Die Hirne der Versuchstiere wurden nach der Golgi-Cox-Impr{\"a}gnierung nach Glaser und Van der Loos und der Einbettung in Celloidin in 150 μm dicke Scheiben geschnitten und anschließend mithilfe eines Hellfeld-Mikroskops und des Neurolucida-Systems analysiert. Quantitativ erfasst und analysiert wurden pyramidale Klasse 1-Neuronen der lateralen Amygdala inklusive absoluter Anzahl und Dichte der Spines an ihren Dendriten. Die Untersuchung zeigte bei SPRED2-KO-M{\"a}usen eine signifikante Erh{\"o}hung der mittleren L{\"a}nge des apikalen Dendriten in Branch order 3 und eine tendenzielle Erh{\"o}hung der Gesamtzahl der Spines an den Dendriten in Branch order 1-3 gegen{\"u}ber den Wildtyp-M{\"a}usen. Daraus l{\"a}sst sich folgern, dass ein Knockout des SPRED2-Proteins sich auf die Morphologie der Neuronen der lateralen Amygdala auswirkt. Die erh{\"o}hte mittlere L{\"a}nge des apikalen Dendriten in Branch order 3 und die tendenziell erh{\"o}hte Spine-Anzahl korrelieren mit der gesteigerten synaptischen {\"U}bertragung und Erregbarkeit an amygdaloiden pyramidalen Neuronen. Auf molekularer Ebene kann die Hyperaktivit{\"a}t der lateralen Amygdala als Folge der fehlenden Inhibition des BDNF/TrkB-ERK-Signalwegs und der dadurch ver{\"a}nderten Expression zahlreicher synaptischer Proteine diskutiert werden. Die ver{\"a}nderte Morphologie der Neuronen in der lateralen Amygdala kann eine Ursache f{\"u}r das zwanghafte Verhalten der M{\"a}use sein, jedoch ist anzunehmen, dass Zwangsst{\"o}rungen nicht bloß eine monokausale Ursache haben. Diese Arbeit identifiziert SPRED2 als neuen Regulator der Morphologie und Aktivit{\"a}t von Synapsen und die Amygdala als wichtige Hirnregion bei der Entstehung von Zwangsst{\"o}rungen. SPRED2 ist somit ein vielversprechender Angriffspunkt f{\"u}r andere und spezifischere Untersuchungen der Hirnfunktion und eine potenzielle genetische Ursache f{\"u}r weitere neurologische Erkrankungen.},
  subject      = {SPRED2},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kretzer2022,
  author    = {Kretzer, Katharina},
  title     = {Einfluss der Form elektrischer Impulse auf die intracochle{\"a}re neuronale Antwort bei Cochlea-Implantat-Tr{\"a}gern: triphasische Pulse mit anodischer und kathodischer zweiter Phase},
  doi       = {10.25972/OPUS-28165},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-281650},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Verbesserung von Defiziten der elektrischen Stimulation durch Cochlea Implantate (CI) mit alternativen Pulsformen. Dabei wurde mit elektrophysiologischen und psychophysikalischen Methoden untersucht, wie sich die Pulsformen auf die Effektivit{\"a}t der Stimulation auswirken. Es wurden pr{\"a}zisions-triphasische Pulse (pTP) mit anodischer und kathodischer zweiter Phase anhand der Daten von elf Probanden untersucht. Im Rahmen der objektiven elektrophysiologischen Messung wurde mit den unterschiedlichen Formen des pTP an drei unterschiedlichen Kontaktpositionen auf den CI-Elektrodentr{\"a}gern stimuliert, und die St{\"a}rke der jeweils evozierten neuronalen Antwort aufgezeichnet. Der subjektive psychophysikalische Test diente dazu, die pulsformspezifischen H{\"o}rschwellen zu bestimmen und wurde an zwei unterschiedlichen Kontakten auf den CI-Elektrodentr{\"a}gern durchgef{\"u}hrt. Dabei erzielten pTP, welche eine symmetrisch-triphasische Pulsform aufwiesen, geringere neuronale Antwortst{\"a}rken und h{\"o}here H{\"o}rschwellen als die pTP, die einer biphasischen Pulsform glichen. Diejenigen pTP, die biphasischen Pulsen mit anodischer erster Phase glichen, erzielten dabei die h{\"o}chsten neuronalen Antwortst{\"a}rken und die niedrigsten H{\"o}rschwellen.},
  subject      = {Cochlear-Implantat},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Scheffer2020,
  author    = {Scheffer, David},
  title     = {Einfluss einer Dexamethason/Bortezomib-Kombinationstherapie auf den Glukokortikoidrezeptor und die Tight Junction-Molek{\"u}le Claudin-5 und Occludin in Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke in experimentellen Modellen des Sch{\"a}del-Hirn-Traumas},
  doi       = {10.25972/OPUS-21871},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-218712},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Das Sch{\"a}del-Hirn-Trauma (SHT) ist ein großes medizinisches Problem. Das Hirn{\"o}dem mit konsekutiv erh{\"o}hten intrakraniellen Dr{\"u}cken ist eine h{\"a}ufige und schwerwiegende Komplikation des schweren SHT. Es ist der signifikanteste Pr{\"a}diktor f{\"u}r ein schlechtes Outcome. Obwohl Glukokortikoide (GK) die Ausbildung eines Hirn{\"o}dems bei neuroinflammatorischen Erkrankungen und manchen Hirntumoren reduzieren k{\"o}nnen, ist diese Substanzklasse im SHT ineffektiv oder sogar sch{\"a}dlich. Nach controlled cortical impact (CCI) in M{\"a}usen, einem etablierten SHT-Modell in-vivo, zeigte sich ein Zusammenbruch der Blut-Hirn-Schranke (BHS). Des Weiteren wurde der BHS-stabilisierende Effekt der GK nach CCI durch proteasomalen Abbau des Glukokortikoidrezeptors (GR) behindert. Eine Inhibierung des Proteasoms durch den Proteasomeninhibitor Bortezomib zusammen mit einer GK-Therapie mit Dexamethason reduzierte den Abbau des GR und sorgte f{\"u}r eine Restitution der BHS-Integrit{\"a}t. Ungl{\"u}cklicherweise ließen sich diese Ergebnisse in-vitro nicht auf in Sauerstoff-/Glukosemangel-Modell in der humanen Hirnendothelzelllinie hCMEC/D3 {\"u}bertragen. Daher konnte f{\"u}r die Kombinationstherapie aus dem Proteasomeninhibitor Bortezomib und Dexamethason kein positiver Effekt gezeigt werden. },
  subject      = {Sch{\"a}del-Hirn-Trauma},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Segebarth2021,
  author    = {Segebarth, Dennis},
  title     = {Evaluation and validation of deep learning strategies for bioimage analyses},
  doi       = {10.25972/OPUS-24372},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-243728},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Significant advances in fluorescence imaging techniques enable life scientists today to gain insights into biological systems at an unprecedented scale. The interpretation of image features in such bioimage datasets and their subsequent quantitative analysis is referred to as bioimage analysis. A substantial proportion of bioimage analyses is still performed manually by a human expert - a tedious process that is long known to be subjective. Particularly in tasks that require the annotation of image features with a low signal-to-noise ratio, like in fluorescence images of tissue samples, the inter-rater agreement drops. However, like any other scientific analysis, also bioimage analysis has to meet the general quality criteria of quantitative research, which are objectivity, reliability, and validity. Thus, the automation of bioimage analysis with computer-aided approaches is highly desirable. Albeit conventional hard-coded algorithms are fully unbiased, a human user has to set its respective feature extraction parameters. Thus, also these approaches can be considered subjective. Recently, deep learning (DL) has enabled impressive advances in computer vision research. The predominant difference between DL and conventional algorithms is the capability of DL models to learn the respective task on base of an annotated training dataset, instead of following user-defined rules for feature extraction. This thesis hypothesized that DL can be used to increase the objectivity, reliability, and validity of bioimage analyses, thus going beyond mere automation. However, in absence of ground truth annotations, DL models have to be trained on manual and thus subjective annotations, which could cause the model to incorporate such a bias. Moreover, model training is stochastic and even training on the same data could result in models with divergent outputs. Consequently, both the training on subjective annotations and the model-to-model variability could impair the quality of DL-based bioimage analyses. This thesis systematically assessed the impacts of these two limitations experimentally by analyzing fluorescence signals of a protein called cFOS in mouse brain sections. Since the abundance of cFOS correlates with mouse behavior, behavioral analyses could be used for cross-validation of the bioimage analysis results. Furthermore, this thesis showed that pooling the input of multiple human experts during model training and integration of multiple trained models in a model ensemble can mitigate the impact of these limitations. In summary, the present study establishes guidelines for how DL can be used to increase the general quality of bioimage analyses.},
  subject      = {Deeplearning},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schuerger2022,
  author    = {Sch{\"u}rger, Christina Rayka},
  title     = {Netrin-1 und seine Rezeptoren beeinflussen die Tight Junction Expression bei neuropathischen Schmerzen},
  doi       = {10.25972/OPUS-29690},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-296901},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Der Zusammenhang von neuropathischem Schmerz mit einer gest{\"o}rten Blut-Nerven- Schranke (BNS) ist bekannt. Die BNS wird durch Tight Junction Proteine (TJP) gebildet. Netrin-1 (Ntn1) hat je nach Rezeptorbindung verschiedene Effekte auf TJP und somit auf die Barriereeigenschaften. In dieser Arbeit wurde im Tiermodell (Chronic Constriction Injury-CCI) untersucht, ob Netrin-1 einen Einfluss auf die BNS hat und die Wirkung der Rezeptoren Unc5b und Neogenin-1 beleuchtet. Es wurde untersucht, ob der barrierestabilisierende Netrin-1- Spiegel auch von neuropathischen Schmerzen, im Speziellen durch „Chronic Regional Pain Syndrom" (CRPS), beeinflusst wird. M{\"a}nnl. Wistar-Ratten wurde lokal Unc5b Antik{\"o}rper injeziert oder nach Netrin-1 Gabe der Neogeninrezeptor durch lokale Neogenin-1-siRNA Injektion geblockt. Die mRNA Expression von Ntn1, seine Rezeptoren sowie der TJP (Claudine-Cldn) wurde mittels q- PCR untersucht. Netrin-1 wurde im Rattennerven mittels Western Blot bestimmt. Die Netrin-1-Spiegel im Plasma von CRPS Patient*innen und Kontrollen wurde mittels ELISA bestimmt. Im Rattenmodell war die Ntn1 vermehrt exprimiert, die Proteinexpression mittels Western Blot tendenziell vermindert. Die Claudinexpression war nach CCI herabreguliert. Netrin-1-Injektion steigerte die Expression von Cldn5 und 19. Der Netrin-1-Rezeptor UNC5B wird bei Neuropathie verst{\"a}rkt und Neogenin-1 vermindert exprimiert. Die Expression von Cldn 12 und Cldn19 war bei Blockade des Unc5b Rezeptors gesteigert und bei Blockade des Neogenin-1 Rezeptors tendenziell vermindert. Im Plasma von CRPS Patient*innen zeigte sich ein verminderter Netrin-1- Spiegel. Die Ergebnisse der vorliegenden Experimente legen nahe, dass Netrin-1 {\"u}ber die Stabilisierung der Blut-Nerven-Schranke einen lindernden Effekt auf neuropathische Schmerzen hat und sich auch die Expression dieses Proteins durch CRPS ver{\"a}ndert.},
  subject      = {Komplexes regionales Schmerzsyndrom},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Leinfelder2022,
  author    = {Leinfelder, Teresa},
  title     = {Untersuchung von Trainingseffekten bei der Verwendung einer auditorischen P300-basierten EEG Gehirn-Computer Schnittstelle mittels fMRI Analyse},
  doi       = {10.25972/OPUS-29068},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-290683},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In dieser Dissertation untersuchten wir die neuronalen Korrelate des Training-Effektes einer auditorischen P300 Gehirn-Computer Schnittstelle mittels fMRI Analyse in einem pr{\"a}-post Design mit zehn gesunden Testpersonen. Wir wiesen in drei Trainings-sitzungen einen Trainingseffekt in der EEG-Analyse der P300 Welle nach und fanden entsprechende Kontraste in einer pr{\"a}-post Analyse von fMRI Daten, wobei in allen f{\"u}nf Sitzungen das gleiche Paradigma verwendet wurde. In der fMRI Analyse fanden wir fol-gende Ergebnisse: in einem Target-/ Nichttarget Kontrast zeigte sich verst{\"a}rkte Aktivie-rung in Generatorregionen der P300 Welle (temporale und inferiore frontale Regionen) und interessanterweise auch in motorassoziierten Arealen, was h{\"o}here kognitiver Pro-zesse wie Aufmerksamkeitslenkung und Arbeitsspeicher widerspiegeln k{\"o}nnte. Der Kon-trast des Trainingseffektes zeigte nach dem Training einen st{\"a}rkeren Rebound Effekt im Sinne einer verst{\"a}rkten Aktivierung in Generatorregionen der P300 Welle, was eine ver-besserte Erkennung und Prozessierung von Target-Stimuli reflektieren k{\"o}nnte. Eine Ab-nahme von Aktivierung in frontalen Arealen in diesem Kontrast k{\"o}nnte durch effizientere Abl{\"a}ufe kognitiver Prozesse und des Arbeitsged{\"a}chtnis erkl{\"a}rt werden.},
  subject      = {Gehirn-Computer-Schnittstelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Khayenko2023,
  author    = {Khayenko, Vladimir},
  title     = {Functional peptide-based probes for the visualization of inhibitory synapses},
  doi       = {10.25972/OPUS-32043},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-320438},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Short functional peptidic probes can maximize the potential of high-end microscopy techniques and multiplex imaging assays and provide new insights into normal and aberrant molecular, cellular and tissue function. Particularly, the visualization of inhibitory synapses requires protocol tailoring for different sample types and imaging techniques and relies either on genetic manipulation or on antibodies that underperform in tissue immunofluorescence. Starting from an endogenous activity-related ligand of gephyrin, a universal marker of the inhibitory post-synapse, I developed a short peptidic multivalent binder with exceptional affinity and selectivity to gephyrin. By tailoring fluorophores to the binder, I have obtained Sylite, a probe for the visualization of inhibitory synapses, with an outstanding signal-to-background ratio, that bests the "gold standard" gephyrin antibodies both in selectivity and in tissue immunofluorescence. In tissue Sylite benefits from simplified handling, provides robust synaptic labeling in record-short time and, unlike antibodies, is not affected by staining artefacts. In super-resolution microscopy Sylite precisely localizes the post-synapse and enables accurate pre- to post-synapse measurements. Combined with complimentary tracing techniques Sylite reveals inhibitory connectivity and profiles inhibitory inputs and synapse sizes of excitatory and inhibitory neurons in the periaqueductal gray brain region. Lastly, upon probe optimization for live cell application and with the help of novel thiol-reactive cell penetrating peptide I have visualized inhibitory synapses in living neurons. Taken together, my work provided a versatile probe for conventional and super-resolution microscopy and a workflow for the development and application of similar compact functional synthetic probes.},
  subject      = {Fluoreszenzsonde},
  language  = {en}
}
@phdthesis{SchukraftgebScheffler2024,
  author    = {Schukraft [geb. Scheffler], Nina},
  title     = {Integrated defensive states and their neuronal correlates in the Periaqueductal Gray},
  doi       = {10.25972/OPUS-34745},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-347458},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {In the face of threat, animals react with a defensive reaction to avoid or reduce harm. This defensive reaction encompasses apart from behavioral changes also physiological, analgetic, and endocrine adaptations. Nonetheless, most animal studies on fear and anxiety are based on behavioral observations only, disregarding other aspects of the defensive reaction, or integrating their inter-related dynamics only insufficiently. The first part of this thesis aimed in characterizing patterned associations of behavioral and physiological responses, termed integrated defensive states. Analyzing cardiac and behavioral responses in mice undergoing multiple fear and anxiety paradigms revealed a complex and dynamic interaction of those readouts on both, short and long timescales. Microstates, stereotypical combinations of i.e. freezing and decelerating heart rates, are short-lasting and were, in turn, shown to be influenced by slow acting macrostate changes. One of those higher order macrostates, called `rigidity`, was defined as a latent process that constrains the range of momentary displayed heart rate values. Furthermore, integrated defensive states were found to be highly dependent on the cue and the context the animals are confronted with. Importantly, same behavioral observations, i.e. freezing, were associated with distinct cardiac responses, highlighting the importance of multivariate analysis of integrated defensive states. Defensive states are orchestrated by the brain, which has evolved evolutionary conserved survival circuits. A central brain area of these circuits is the periaqueductal gray (PAG) in the midbrain. It plays a pivotal role in mediating defensive states, as it receives signals about external and internal information from multiple brain regions and sends information to both, higher order brain areas as well as to the brainstem ultimately causing the execution of threat responses. In the second part of this thesis, different neuronal circuit elements in the PAG were optically manipulated in order to gain mechanistic insight into the defense network in the brain underlying the previously delineated cardio-behavioral defensive states. Optical activation of glutamatergic PAG neurons evoked heterogeneous, light-intensity dependent responses. However, a further molecular restriction of the glutamatergic neuronal population targeting only Chx10+ neurons, led to a cardio-behavioral state that resembled spontaneous freezing-bradycardia bouts. In summary, this thesis presents a multivariate description of defensive states, which includes the complex interaction of cardiac and behavioral responses on different timescales and, furthermore, functionally dissects different excitatory and inhibitory PAG circuit elements mediating these defensive states.},
  subject      = {Perianova, Irina},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Behne2024,
  author    = {Behne, Robert Stefan Friedrich},
  title     = {Development Of A Human iPSC-Derived Cortical Neuron Model Of Adaptor- Protein-Complex-4-Deficiency},
  doi       = {10.25972/OPUS-35139},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-351390},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Adaptor-protein-4-deficiency (AP-4-deficiency) is an autosomal-recessive childhood- onset form of complicated hereditary spastic paraplegia (HSP) caused by bi-allelic loss- of-function mutations in one of the four subunits of the AP-4-complex. These four conditions are named SPG47 (AP4B1, OMIM \#614066), SPG50 (AP4M1, OMIM \#612936), SPG51 (AP4E1, OMIM \#613744) and SPG52 (AP4S1, OMIM \#614067), respectively and all present with global developmental delay, progressive spasticity and seizures. Imaging features include a thinning of the corpus callosum, ventriculomegaly and white matter changes. AP-4 is a highly conserved heterotetrameric complex, which is responsible for polarized sorting of transmembrane cargo including the autophagy- related protein 9 A (ATG9A). Loss of any of the four subunits leads to an instable complex and defective sorting of AP-4-cargo. ATG9A is implicated in autophagosome formation and neurite outgrowth. It is missorted in AP-4-deficient cells and CNS-specific knockout of Atg9a in mice results in a phenotype reminiscent of AP-4-deficiency. However, the AP-4-related cellular phenotypes including ATG9A missorting have not been investigated in human neurons. Thus, the aim of this study is to provide the first human induced pluripotent stem cell- derived (iPSC) cortical neuron model of AP-4-deficiency to explore AP-4-related phenotypes in preparation for a high-content screening. Under the hypothesis that AP-4- deficiency leads to ATG9A missorting, elevated ATG9A levels, impaired autophagy and neurite outgrowth in human iPSC-derived cortical neurons, in vitro biochemical and imaging assays including automated high-content imaging and analysis were applied. First, these phenotypes were investigated in fibroblasts from three patients with compound heterozygous mutations in the AP4B1 gene and their sex-matched parental controls. The same cell lines were used to generate iPSCs and differentiate them into human excitatory cortical neurons. This work shows that ATG9A is accumulating in the trans-Golgi-network in AP-4- deficient human fibroblasts and that ATG9A levels are increased compared to parental controls and wild type cells suggesting a compensatory mechanism. Protein levels of the AP4E1-subunit were used as a surrogate marker for the AP-4-complex and were decreased in AP-4-deficient fibroblasts with co-immunoprecipitation confirming the instability of the complex. Lentiviral re-expression of the AP4B1-subunit rescues this corroborating the fact that a stable AP-4-complex is needed for ATG9A trafficking. Surprisingly, autophagic flux was present in AP-4-deficient fibroblasts under nutrient- rich and starvation conditions. These phenotypic markers were evaluated in iPSC-derived cortical neurons and here, a robust accumulation of ATG9A in the juxtanuclear area was seen together with elevated ATG9A protein levels. Strikingly, assessment of autophagy markers under nutrient-rich conditions showed alterations in AP-4-deficient iPSC- derived cortical neurons indicating dysfunctional autophagosome formation. These findings point towards a neuron-specific impairment of autophagy and need further investigation. Adding to the range of AP-4-related phenotypes, neurite outgrowth and branching are impaired in AP-4-deficient iPSC-derived cortical neurons as early as 24h after plating and together with recent studies point towards a distinct role of ATG9A in neurodevelopment independent of autophagy. Together, this work provides the first patient-derived neuron model of AP-4-deficiency and shows that ATG9A is sorted in an AP-4-dependent manner. It establishes ATG9A- related phenotypes and impaired neurite outgrowth as robust markers for a high-content screening. This disease model holds the promise of providing a platform to further study AP-4-deficiency and to search for novel therapeutic targets.},
  subject      = {Adaptorproteine},
  language  = {en}
}