@phdthesis{Kellert2008,
  author    = {Kellert, Marco},
  title     = {Untersuchungen zum Metabolismus von Furan in Ratte und Maus, sowie zur Reaktivit{\"a}t und Gentoxizit{\"a}t von cis-2-Buten-1,4-dial in vitro und in Zellkultur},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-28716},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Furan wird in einer Vielzahl von Speisen durch Hitzebehandlung gebildet und ist kanzerogen in der Leber von Ratte und Maus. Durch die hohe Fl{\"u}chtigkeit von Furan ist eine Expositionsabsch{\"a}tzung auf Basis der Kontamination von Lebensmitteln nur bedingt m{\"o}glich. Ein alternativer Ansatz dazu ist die Identifizierung von Furanmetaboliten als Expositions­biomarker. Nach der Aufnahme wird Furan zun{\"a}chst zum Dialdehyd cis-2-Buten-1,4-dial oxidiert. cis-2-Buten-1,4-dial besitzt mehrere elektrophile Strukturelemente, welche eine Reaktion mit Protein und DNS wahrscheinlich machen und damit zur bekannten Toxizit{\"a}t von Furan beitragen k{\"o}nnen. Es stellt sich in diesem Zusammenhang die Frage, ob eine Reaktion mit Protein die Reaktion mit der DNS verhindern kann und somit keine direkt gentoxischen Effekte auftreten. F{\"u}r ein kanzerogenes Agens ohne direkte gentoxische Wirkung kann eine Schwellendosis unterhalb derer kein DNS-Schaden auftritt diskutiert werden. F{\"u}r eine fundierte Risikobewertung bez{\"u}glich der Aufnahme von Furan {\"u}ber die Nahrung ist dies unabdingbar. In der vorliegenden Arbeit wurde nach der oralen Gabe von Furan im Urin von Fischer 344 Ratten nach Metaboliten gesucht. Eine Kontrollgruppe erhielt nur die Tr{\"a}gersubstanz {\"O}l. Das vor und nach Exposition {\"u}ber jeweils zwei 24 Stunden Perioden gesammelte Urin wurde mittels einer Tandemmassenspektrometrie-Methode analysiert. Die Methode bestand aus einem Full-Scan und einer dar{\"u}ber gesteuerten Aufzeichnung eines Fragmentionenspektrums. Die Full-Scan-Daten wurden mit Hilfe der Hauptkomponentenanalyse untersucht. In der ersten Sammelperiode nach der Behandlung konnten durch die erste Hauptkomponente die behandelten von den unbehandelten Tieren getrennt werden. Aus den f{\"u}r die Trennung relevanten Verbindungen konnten f{\"u}nf Biomarker strukturell aufgekl{\"a}rt werden. In einer weiteren Tierstudie an Ratten und M{\"a}usen wurde die Kinetik und die Dosis-Wirkungs-Beziehung der identifizierten Biomarker untersucht. Die gezielte LC-MS/MS-Analyse der Urine auf die identifizierten Biomarker hin zeigte, dass in der Ratte alle und in der Maus alle bis auf einen dosisabh{\"a}ngig anstiegen. Die Kinetik der Ausscheidung lieferte wertvolle Hinweise auf die Entstehung der Biomarker. Die Ausscheidung der Biomarker mit Lysinstruktur erfolgte {\"u}ber mehr als 72 Stunden. Dies war ein Hinweis auf eine Freisetzung aus Protein. Die Ausscheidung der restlichen Verbindungen erfolgte ausschließlich in den ersten 24 Stunden. Die in der Literatur vorhandenen Daten zur Gentoxizit{\"a}t von Furan und cis-Buten-1,4-dial sind unschl{\"u}ssig und unvollst{\"a}ndig. In der vorliegenden Arbeit wurde cis-2-Buten-1,4-dial im Ames Stamm TA104 und in L5178Y Mauslymphomzellen auf Mutagenit{\"a}t und Gentoxizit{\"a}t untersucht. Durch starke Zytotoxizit{\"a}t war der Konzentrationsbereich auf 4.5 µmol/Platte limitiert. Innerhalb dieses Bereich konnte mit der Vorinkubationsvariante des Ames-Tests keine Mutagenit{\"a}t beobachtet werden. Die L5178Y Mauslymphomzellen wurden mit Standardprotokollen f{\"u}r den Mikrokern-Test, Kometen-Test und den Thymidinkinase-Test untersucht. Der Konzentrationsbereich von cis-2-Buten-1,4-dial erstreckte sich bis 100 µM, konnte aber auf Grund der starken Zytotoxizit{\"a}t nur bis 25 µM ausgewertet werden. Dennoch konnte bereits in diesem Bereich ein 1.7- bzw. 2.2-facher Anstieg im Kometen- bzw. Thymidinkinase-Test beobachtet werden. Verglichen mit der Positivkontrolle Methylmethansulfonat hatte cis-2-Buten-1,4-dial bei einer deutlich h{\"o}heren Zytotoxizit{\"a}t eine {\"a}hnliche Potenz bez{\"u}glich der Mutagenit{\"a}t und Gentoxizit{\"a}t. Um das DNS-vernetzende Potential von cis-2-Buten-1,4-dial zu bestimmen wurde eine Variante des Kometen-Tests verwendet. Es wurde dabei untersucht, ob die Vorbehandlung von Zellen mit cis-2-Buten-1,4-dial die durch \&\#947;-Strahlung induzierbaren Kometen reduzieren kann. W{\"a}hrend die Positivkontrolle Glutaraldehyd die Kometen tats{\"a}chlich verringerte, blieb dieser Effekt bei cis-2-Buten-1,4-dial aus. Im Gegenteil, bei einer Konzentration von \&\#8805;100 mM konnte durch die Zunahme von Zellen mit beginnender Apoptose ein Anstieg der Kometen beobachtet werden. Obwohl cis-2-Buten-1,4-dial sehr deutliche gentoxische und mutagene Effekte zeigte, beschr{\"a}nkte die hohe Zytotoxizit{\"a}t den auswertbaren Bereich. M{\"o}glicherweise kann diese Problematik einen Teil der unschl{\"u}ssigen Ergebnisse erkl{\"a}ren, sicher ist jedoch, dass f{\"u}r die Untersuchung der Mechanismen der Toxizit{\"a}t und Kanzerogenit{\"a}t ein Beitrag von nicht gentoxischen Effekten diskutiert werden muss.},
  subject      = {Metabolismus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Messerer2017,
  author    = {Messerer, Regina},
  title     = {Synthesis of Dualsteric Ligands for Muscarinic Acetylcholine Receptors and Cholinesterase Inhibitors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-149007},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The study is dealing with the synthesis and pharmacological investigation of newly designed dualsteric ligands of muscarinic acetylcholine receptors belonging to the superfamily of G protein-coupled receptors. Such bipharmacophoric ligands combine the advantages of the orthosteric binding site (high-affinity) and of the topographically distinct allosteric binding site (subtype-selectivity) resulting in compounds with reduced side effects. This opens the way to a new therapeutic approach in the treatment of e.g. chronic pain, drug withdrawal, Parkinson`s and Alzheimer`s disease. Furthermore, the newly synthesized dualsteric compounds were pharmacologically investigated in order to get a better understanding of the activation and signaling processes in muscarinic acetylcholine receptors, especially with regard to partial agonism. The development of the "dynamic ligand binding" concept offers new perspectives for ligand binding and signaling at G protein-coupled receptors. GPCRs are no longer considered as simple on/off switches. Dualsteric ligands can bind in a dualsteric pose, reflecting an active receptor state as well as in a purely allosteric binding pose, characterized by an inactive receptor state resulting in partial agonism. The degree of partial agonism depends on the ratio of active versus inactive receptor populations. On this basis, orthosteric/orthosteric hybrid ligands consisting of the antagonist atropine and scopolamine, respectively, as well as of the agonist iperoxo and isoxazole, respectively, linked via different alkyl chain length were synthesized in order to investigate partial agonism (Figure 1). Figure 1: Structures of the synthesized iperoxo/isoxazole-atropine/scopolamine-hybrids. Furthermore, different sets of quaternary and tertiary homodimers consisting either of two iperoxo or two acetylcholine units were synthesized in order to study their extent on partial agonism (Figure 2). The two agonists were connected by varying alkyl chain length. Binding studies on CHO-hM2 cells of the quaternary compounds revealed that dimerization of the agonist results in a loss of potency. The iperoxo-dimers reached higher maximum effects on the Gi- as well as on the Gs pathway in comparison to the acetylcholine-dimers. Besides the choice of the orthosteric building block (potency of the agonist), the alkyl chain length is also crucial for the degree of partial agonism. Figure 2: Structures of the synthesized quat./tert. iperoxo/acetylcholine-homodimers. Quinolone-based hybrids connected to the superagonist iperoxo and to the endogenous ligand acetylcholine, respectively, linked through an alkyl chain of different length were synthesized in order to develop further partial agonists (Figure 3). FRET studies confirmed M1 subtype-selectivity as well as linker dependent receptor response. The greatest positive FRET signal was observed with quinolone-C6-iper resulting from a positive cooperativity between the two separated moieties, alloster and orthoster. However, the corresponding hybrids with a longer linker led to an inverse FRET signal indicating a different binding mode, e.g. purely allosteric, in contrast to the shorter linked hybrids. Furthermore, the flexible alkyl spacer was replaced by a rigidified linker resulting in the hybrid quinolone-rigid-iperoxo (Figure 3). FRET studies on the M1 receptor showed reduced FRET kinetics, resulting from interactions between the bulky linker and the aromatic lid, located between the orthosteric and allosteric binding site. A bitopic binding mode of the rigidified hybrid is presumed. For further clarity, mutational studies are necessary. Figure 3: M1-selective hybrid compounds. Another aim of this work was the design and synthesis of new hybrid compounds, acting as agonists at the M1 and M2 receptor and as inhibitors for AChE and BChE in the context of M. Alzheimer. Several sets of hybrid compounds consisting of different pharmacophoric units (catalytic active site: phthalimide, naphthalimide, tacrine; peripheric anionic site: iperoxo, isoxazole) linked through a polymethylene chain of varying length were synthesized. Tac-C10-iper (Figure 4), consisting of tacrine and the superagonist iperoxo linked by a C10 polymethylene spacer, was found to have excellent anticholinesterase activity for both AChE (pIC50 = 9.81) and BChE (pIC50 = 8.75). Docking experiments provided a structural model to rationalize the inhibitory power towards AChE. Additionally, the tacrine related hybrids showed affinity to the M1 and M2 receptor. Such compounds, addressing more than one molecular target are favorable for multifactorial diseases such as Alzheimer. Figure 4: Structure of the most active compound regarding anticholinesterase activity. In summary, the choice of the pharmacophoric units, their connecting point as well as the nature, length, and flexibility of the linker play an important role for the activity of designed bivalent ligands. A shorter linker length cannot bridge both binding sites simultaneously in contrast to longer linker chains. On the other hand, too long linker chains can result in unwanted steric interactions. Further investigations with respect to structural variations of hybrid compounds, with or without quaternary ammonium groups, are necessary in the light of drug development.},
  subject      = {Cholinesteraseinhibitor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zuern2009,
  author    = {Z{\"u}rn, Alexander},
  title     = {Spezifische Markierungsverfahren von Rezeptoren mit kleinen Fluorophoren zur Analyse der Rezeptoraktivierung mittels FRET},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35961},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Es gibt viele Hinweise, dass G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bei ihrer Aktivierung durch einen Agonisten ligandenselektive Konformationen eingehen. Ein tats{\"a}chlichen Beleg hierf{\"u}r konnte bisher in lebenden Zellen noch nicht erbracht werden. Zu diesem Zweck wurde in dieser Arbeit ein Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)-basierter Ansatz gew{\"a}hlt, um ligandenselektive Konformationen in der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife des \&\#945;2a-adrenergen Rezeptors (\&\#945;2a-AR) in lebenden Zellen darzustellen. Dazu wurden Rezeptorsensoren erstellt, welche jeweils ein CFP am Ende des C-Terminus trugen und in der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife an verschiedenen Stellen mit einem Tetracysteinmotiv versehen wurden. Drei Konstrukte wurden verglichen, die das Tetracysteinmotiv N-terminal in der N{\"a}he der Transmembrandom{\"a}ne V (I3-N), in der Mitte der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife (I3-M) beziehungsweise C-terminal in der N{\"a}he der Transmembrandom{\"a}ne VI (I3-C) trugen. Die drei Rezeptorsensoren unterschieden sich hinsichtlich ihrer Ligandenbindung sowie ihrer G-Proteinaktivierung nicht vom Wildtyp \&\#945;2a-AR. Durch das Tetracysteinmotiv ist es m{\"o}glich, den Rezeptor spezifisch mit dem niedermolekularen Fluorophor FlAsH (fluorescein arsenical hairpin binder) zu markieren, welcher als Akzeptor f{\"u}r den Donor CFP in FRET-Experimenten dient. Die {\"A}nderung des FRET-Signals zwischen den beiden Fluorophoren, das durch den vollen Agonist Norepinephrin ausgel{\"o}st wurde, war bei allen drei Rezeptorsensoren vergleichbar. Der starke partielle Agonist Clonidin war ebenfalls in der Lage, in allen drei Konstrukten ein {\"a}hnliches FRET-Signal hervorzurufen. Dagegen zeigte der partielle Agonist Dopamin an dem Konstrukt I3-N ein signifikant schw{\"a}cheres Signal, als an I3-C. Die schwachen partiellen Agonisten Octopamin und Norphenephrin konnten an den Konstrukten I3-N und I3-M keine {\"A}nderung des FRET-Signals bewirken, wobei an I3-C eine deutliche Signal{\"a}nderung detektiert wurde. Dies legt nahe, dass die Transmembrandom{\"a}ne V bei der Aktivierung des Rezeptors eine kleinere Bewegung eingeht als die Transmembrandom{\"a}ne VI, und best{\"a}tigt damit ein auf R{\"o}ntgenstrukturanlysen basierendes Modell der Rezeptorbewegung. Außerdem wurden die Aktivierungskinetiken f{\"u}r die Agonisten Norepinephrin und Dopamin verglichen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die durch Norepinephrin ausgel{\"o}ste Bewegung an allen beobachteten Punkten gleich schnell war. Im Gegensatz dazu aktivierte Dopamin I3-C und I3-M ca. 1,5-mal langsamer, als Norepinephrin. F{\"u}r das I3-N Konstrukt wurde sogar eine 3-mal langsamere Aktivierung gemessen. Diese Daten zeigen, dass unterschiedliche Agonisten in der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife spezifische Konformationen ausl{\"o}sen k{\"o}nnen. Die Untersuchungen zur Rezeptorbewegung im ersten Teil dieser Arbeit wurde mit dem kleinen Fluorophor FlAsH in Kombination mit einer großen GFP-Variante durchgef{\"u}hrt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, bei der es m{\"o}glich ist Proteine spezifisch mit beiden kleinen Fluorophoren FlAsH und ReAsH in einer lebenden Zelle zu markieren. Hierf{\"u}r wurden zwei Tetracysteinmotive, CCPGCC und FLNCCPGCCMEP, gew{\"a}hlt, an die beide kleine Fluorophore kovalent binden. Durch Verdr{\"a}ngungsexperimente mit BAL konnte gezeigt werden, dass FlAsH f{\"u}r beide Motive eine dreifach h{\"o}here Affinit{\"a}t besitzt, als ReAsH. Dabei besitzt das FLNCCPGCCMEP-Motiv jedoch eine dreifach h{\"o}here Affinit{\"a}t zu dem jeweiligen Fluorophor besitzt als CCPGCC. Durch Ausnutzung dieser Affinit{\"a}tsunterschiede konnte ein Protokoll entwickelt werden, mit dem es m{\"o}glich ist, beide Motive in einer Zelle zu markieren. Dabei werden zun{\"a}chst beide Motive mit ReAsH markiert. Durch anschließendes Waschen mit einer geeigneten Konzentration von BAL wird das ReAsH ausschließlich von der CCPGCC-Sequenz verdr{\"a}ngt, wohingegen die FLNCCPGCCMEP-Sequenz mit ReAsH markiert bleibt. Die nun unbesetzte CCPGCC-Sequenz kann dann anschließend mit FlAsH markiert werden, ohne dabei die Bindung des ReAsH an die FLNCCPGCCMEP-Sequenz zu beeinflussen. Um die Funktionalit{\"a}t dieses Protokolls zu {\"u}berpr{\"u}fen, sollten zwei verschiedene Proteine mit unterschiedlicher subzellul{\"a}rer Lokalisation in einer lebenden Zelle spezifisch mit jeweils einem kleinen Fluorophor markiert werden. Hierzu wurden ein PTH-Rezeptor, in dem im C-Terminus die FLNCCPGCCMEP-Sequenz eingebracht wurde, mit ReAsH und ein \&\#946;-Arrestin-2, dem die CCPGCC-Sequenz eingebracht wurde, in Zellen co-exprimiert und gem{\"a}ß dem Protokoll mit FlAsH und ReAsH markiert. Beide Proteine konnten spezifisch markiert werden, wobei der mit ReAsH markierte PTH-Rezeptor eine deutliche Lokalisation in der Zellmembran zeigte. Durch sequentielle Exzitation konnte in der gleichen Zelle das zytosolisch lokalisierte, mit FlAsH markierte \&\#946;-Arrestin-2 detektiert werden. Wurden die so markierten Zellen mir 1 µM PTH stimuliert, wurde das FlAsH-markierte \&\#946;-Arrestin-2 an die Zellmembran rekrutiert. Somit konnte durch die Entwicklung dieses Protokolls eine duale spezifische Markierung von Proteinen mit zwei kleinen Fluorophoren zu innerhalb einer Zelle erreicht werden.},
  subject      = {Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer},
  language  = {de}
}
@article{ChristianSeierDrakopoulosetal.2020,
  author    = {Christian, Gentzsch and Seier, Kerstin and Drakopoulos, Antonios and Jobin, Marie-Lise and Lanoisel{\´e}e, Yann and Koszegi, Zsombor and Maurel, Damien and Sounier, R{\´e}my and H{\"u}bner, Harald and Gmeiner, Peter and Granier, S{\´e}bastien and Calebiro, Davide and Decker, Michael},
  title     = {Selective and Wash-Resistant Fluorescent Dihydrocodeinone Derivatives Allow Single-Molecule Imaging of μ-Opioid Receptor Dimerization},
  series = {Angewandte Chemie International Edition},
  volume    = {59},
  journal   = {Angewandte Chemie International Edition},
  number    = {15},
  doi       = {10.1002/anie.201912683},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-212398},
  pages     = {5958-5964},
  year      = {2020},
  abstract  = {μ-Opioid receptors (μ-ORs) play a critical role in the modulation of pain and mediate the effects of the most powerful analgesic drugs. Despite extensive efforts, it remains insufficiently understood how μ-ORs produce specific effects in living cells. We developed new fluorescent ligands based on the μ-OR antagonist E-p-nitrocinnamoylamino-dihydrocodeinone (CACO), that display high affinity, long residence time and pronounced selectivity. Using these ligands, we achieved single-molecule imaging of μ-ORs on the surface of living cells at physiological expression levels. Our results reveal a high heterogeneity in the diffusion of μ-ORs, with a relevant immobile fraction. Using a pair of fluorescent ligands of different color, we provide evidence that μ-ORs interact with each other to form short-lived homodimers on the plasma membrane. This approach provides a new strategy to investigate μ-OR pharmacology at single-molecule level.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wagner2008,
  author    = {Wagner, Silvia},
  title     = {Identifizierung von Biomarkern mittels LC-MS-basiertem Metabonomics - Merkapturs{\"a}uren als Indikatoren f{\"u}r die Bildung toxischer Intermediate},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35760},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Metabonomics bildet das Ende der Omics-Kaskade und stellt eine top-down-Strategie zur Erfassung und Interpretation des Metaboloms, d. h. der Gesamtheit aller niedermolekularen Metaboliten in einem intakten Organismus, dar. Ziel der Technik ist es, mittels geeigneter ungerichteter Screeningverfahren in nicht-invasiv zu gewinnenden biologischen Proben wie Urin oder Blut charakteristische Metabolitenprofile zu bestimmen. Im Kontext des Metabonomics wurde in Anlehnung an den Geno- bzw. Ph{\"a}notyp hierf{\"u}r der Begriff „Metabotyp" gepr{\"a}gt. Durch biostatistische Methoden, die auf Mustererkennung (pattern recognition) basieren, k{\"o}nnen Signaturen gegen{\"u}bergestellt und auf diesem Weg gruppenspezifische Metaboliten, d. h. Biomarker bzw. Metabolitenmuster, extrahiert werden. Metabonomics kann folglich als Fusion klassischer bioanalytischer und biostatistischer Verfahren aufgefasst werden. Seit der Einf{\"u}hrung im Jahr 1999 hat sich das Konzept des Metabonomics in mehrere Richtungen weiterentwickelt. So gab es Bestrebungen, die Technik, die urspr{\"u}nglich zur Pr{\"a}diktion von toxischen Effekten bei der Arzneistoffentwicklung etabliert wurde, auf Fragestellungen zu {\"u}bertragen, die den Menschen im Mittelpunkt haben. Neben pr{\"a}klinischen Anwendungen verfolgt man mit Metabonomics zunehmend das Ziel, einer personalisierten Medizin und Ern{\"a}hrung einen Schritt n{\"a}her zu kommen. Da sich die urspr{\"u}nglich eingesetzte NMR-Technik als zu unempfindlich und die resultierenden Metabolitenprofile als zu anf{\"a}llig gegen{\"u}ber biologischen und analytischen Einflussgr{\"o}ßen (Confoundern) erwiesen haben, wurde parallel auf sensitivere Verfahren wie die Massenspektrometrie gesetzt. Insbesondere die Kopplung mit der Hochdruckfl{\"u}ssigchromatographie erwies sich hierbei f{\"u}r das Metabolitenscreening als geeignet. Schnell wurde allerdings klar, dass aus den klassischen full scan/TOF-Methoden Datens{\"a}tze resultierten, die h{\"a}ufig zu komplex waren, um mit nachgeschalteten chemometrischen Verfahren die „Spreu vom Weizen trennen" zu k{\"o}nnen. Da sich Metabolitendatenbanken bisher noch im Aufbau befinden, ist die Identifizierung der Marker mit zus{\"a}tzlichen Schwierigkeiten verbunden und bedarf aufw{\"a}ndiger analytischer Verfahren. Eine Strategie stellt daher die Beschr{\"a}nkung auf ein Metabolitensubset dar. Indem man sich auf Metabolitenklassen fokussiert, die einen Bezug zum untersuchten Mechanismus haben, k{\"o}nnen die Erfolgsaussichten bei der Identifizierung charakteristischer Biomarker deutlich erh{\"o}ht werden. Aufgrund zahlreicher exogener und endogener Faktoren (Arzneistoffe, Industriechemikalien, Nahrungsbestandteile, Tabakrauchbestandteile, Produkte der Lipidperoxidation etc.) ist der menschliche Organismus stets einer Vielzahl an elektrophilen Verbindungen ausgesetzt. Oxidative Sch{\"a}digungen an Strukturen wie der DNA, Proteinen und Lipiden werden mit einer Reihe von Krankheitsbildern in Zusammenhang gebracht, darunter Parkinson, Alzheimer, Krebs und Volkskrankheiten wie Arteriosklerose, Allergien und koronare Herzerkrankungen. Mit dem Glutathionsystem verf{\"u}gt der K{\"o}rper {\"u}ber einen wirksamen Detoxifizierungsmechanismus. Das Tripeptid Glutathion reagiert als Nukleophil mit den exogen oder endogen gebildeten elektrophilen Intermediaten. Endprodukte sind Merkapturs{\"a}uren (N-Acetyl-L-Cystein-Addukte) bzw. deren Sulfoxide, die in erster Linie mit dem Urin ausgeschieden werden. Folglich besteht zwischen diesen Merkapturs{\"a}urederivaten und der elektrophilen Belastung eines Organismus ein direkter Zusammenhang. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der Arbeit, einen nicht-invasiven Metabonomicsansatz zur Anwendung am Menschen zu entwickeln. Durch die Fokussierung des Metabolitenscreenings auf die Effekt-, Dosis- und Suszeptibilit{\"a}tsmarkerklasse der Merkapturs{\"a}uren sollten hierbei die Erfolgsaussichten im Hinblick auf die Identifizierung potentieller Biomarker f{\"u}r diverse toxikologische sowie medizinische Endpunkte erh{\"o}ht werden.},
  subject      = {Metabolom},
  language  = {de}
}
@article{JeanclosSchloetzerHadameketal.2022,
  author    = {Jeanclos, Elisabeth and Schl{\"o}tzer, Jan and Hadamek, Kerstin and Yuan-Chen, Natalia and Alwahsh, Mohammad and Hollmann, Robert and Fratz, Stefanie and Yesilyurt-Gerhards, Dilan and Frankenbach, Tina and Engelmann, Daria and Keller, Angelika and Kaestner, Alexandra and Schmitz, Werner and Neuenschwander, Martin and Hergenr{\"o}der, Roland and Sotriffer, Christoph and von Kries, Jens Peter and Schindelin, Hermann and Gohla, Antje},
  title     = {Glycolytic flux control by drugging phosphoglycolate phosphatase},
  series = {Nature Communications},
  volume    = {13},
  journal   = {Nature Communications},
  number    = {1},
  doi       = {10.1038/s41467-022-34228-2},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-300928},
  year      = {2022},
  abstract  = {Targeting the intrinsic metabolism of immune or tumor cells is a therapeutic strategy in autoimmunity, chronic inflammation or cancer. Metabolite repair enzymes may represent an alternative target class for selective metabolic inhibition, but pharmacological tools to test this concept are needed. Here, we demonstrate that phosphoglycolate phosphatase (PGP), a prototypical metabolite repair enzyme in glycolysis, is a pharmacologically actionable target. Using a combination of small molecule screening, protein crystallography, molecular dynamics simulations and NMR metabolomics, we discover and analyze a compound (CP1) that inhibits PGP with high selectivity and submicromolar potency. CP1 locks the phosphatase in a catalytically inactive conformation, dampens glycolytic flux, and phenocopies effects of cellular PGP-deficiency. This study provides key insights into effective and precise PGP targeting, at the same time validating an allosteric approach to control glycolysis that could advance discoveries of innovative therapeutic candidates.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mandel2014,
  author    = {Mandel, Philipp},
  title     = {Entstehung von oxidativen Stressmarkern in DNA und RNA nach der Behandlung mit den Hormonen Angiotensin II und Aldosteron in vitro und in vivo : Vergleich von drei Analysemethoden zum Nachweis von 8-Oxo-2'-desoxyguanosin in LLC-PK1-Zellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-111190},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The detection of oxidative stress markers has gained increasing importancy in the early investigation of diseases like diabetes, cancer or hypertension. 8 oxo 2' deoxyguanosine (8-oxodG) is the main marker, which is used for the intracellular detection of oxidative stress levels. However, the oxidative stress markers 8 oxoguanine (8-oxoGua), a product of the DNA base excision repair and 8 oxoguanosine (8-oxoGuo), a marker for oxidative damaged RNA have received less attention up to now. The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) plays an important role in the regulation processes of the blood pressure system. During hypertension angiotensin II (Ang II) and aldosterone (Aldo) are released in high concentrations over a longer period leading to non-physiological effects of the RAAS hormones. Subsequently, an increase of the intracellular oxidative stress level in kidney cells can be measured. The aim of this thesis is the in vitro and in vivo detection of the oxidative damage in DNA and RNA by measuring oxidative stress markers, especially 8-oxodG which is triggered by Ang II and Aldo. In vitro experiments were carried out in LLC-PK1, a cell line originated from porcine kidney cells. It could been shown that Ang II and Aldo led to a dose-dependent increase of DNA damage in the cells. A time-dependent increase was detected for the first 30 minutes of the treatment. For the rest of the experimental set up (4 h) the level of detected DNA damage remained constant. The FPG comet assay and the immunocytochemical staining showed a significant increase of 8-oxodG in the cells, whereas the HPLC-MS/MS measurement only detected a small increase of 8-oxodG in the DNA. The FPG enzyme, which recognises also other oxidized purines besides 8-oxodG, which led to an overestimation of 8-oxodG in the comet assay. Also, the 8 oxodG antibody, which was used in the immunocytochemical analysis, detected higher amounts of 8-oxodG most likely due to its side reactions with other oxidized DNA structures. One of the main advantages of the last mentioned methods is the direct measurement in damaged cells, whereas the HPLC-MS/MS requires an isolation of the DNA. During this isolation process the oxidative stress markers can be oxidized and the detection can become imprecise. The main purpose of the in vivo experiments was the detection of the oxidative stress marker 8-oxoGua, 8-oxodG and 8-oxoGuo in the urine of test animals. The treatment of C57BL/6 mice and Sprague Dawley (SD) rats with the RAAS hormones led to an increase of the blood pressure, higher DNA damage due to oxidative stress as well as an increased excretion rate of oxidative stress markers. The inhibition of the angiotensin II type 1- or mineralocorticoid receptor and a mutation of the AT1a gene could show, that the DNA damage is independent from the hypertension. In addition, it was shown that the NOX4 is not alone responsible for the oxidative stress. Other NADPH oxidases must contribute to the induction of oxidative stress inside the cell. Moreover, the activation of the Nrf2 pathway has an influence on the effect of Aldo in SD rats. The excretion rate of the oxidative stress markers in the 20 h urine of the treated animals showed how the equilibrium between the DNA repair and the oxidative stress level was changing over time. The measurement of 8-oxoGuo became more and more popular, because up to the fact that 80 \% of the DNA is translated into RNA. Overall, the detection of 8-oxodG and 8-oxoGuo is feasible for monitoring the disease or the healing process, because the measurement is non-invasive. The detection of 8-oxodG and 8-oxoGuo in nucleic acids is a first step into the field of basic research methods, because it reveals a snapshot of the nucleic acid damage in the cell at a specific time point. Usually, there will be an overestimation of the oxidative stress marker resulting from the analytical method. Although, it is possible to detect an underestimation of oxidative stress markers in tissue samples if not all cell types are damaged equally. Therefore, a primary goal should be the detection of a stable oxidation product of guanine to insure a reliable detection strategy and for a better understanding of the equilibrium of DNA oxidation and repair.},
  subject      = {Oxidativer Stress},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Simon2006,
  author    = {Simon, Karoline},
  title     = {Development and Evaluation of a Generic HPLC-Tandem MS Screening Method for the Detection of Potential Biomarkers for Reactive Intermediates},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21916},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Conjugation of reactive intermediates of drugs with proteins or DNA may result in toxic effects such as hepatotoxicity, agranulocytosis, allergies, tumors, etc. From 1975 to 1999, 2.9\% of drugs were withdrawn from the market due to such severe adverse drug reactions. Thus, formation of chemically reactive intermediates is a widely discussed problem in drug development processes. Early detection of potentially toxic compounds is required for drug discovery and drug development. Conjugation of such electrophilic compounds with glutathione (GSH) is one of the most important detoxifying reactions in vivo. Processing of these GSH-conjugates ultimately leads to the formation of renally cleared mercapturic acids, which may also be oxidized to sulfoxides. Thus, mercapturic acids may be generated and detected in vitro and non-invasively in vivo in urine to assess the reactivity of a compound in early stages of drug development processes. Therefore, the aim of this work was to develop and evaluate a HPLC-MS/MS screening method for simple and rapid detection and characterization of known and unknown mercapturic acids and application of the method to several different matrices. Based on the common constant neutral loss (CNL) of 129 Da of all mercapturic acids tested (in negative ion mode), a CNL survey scan was performed using a linear ion trap instrument and was combined with two enhanced product ion (EPI) scans with different collision energies to characterize the detected signals. The CNL resulted from the cleavage between the sulfur and the carbon atom in the N-acetyl-L-cysteine moiety. After optimization of the experimental parameters, the detection limits of the reference substances in rat urine ranged from 0.3 to 15.5 pmol on column (i.e. 20 ng/ml to 800 ng/ml). For in vitro evaluation of the method, the model compounds acetaminophen, diclofenac, bifonazole, clozapine, troglitazone, carbamazepine, and bisphenol A were screened for formation of reactive intermediates and, hence, detection of the corresponding mercapturic acids. To determine possible species- and tissue-specific toxicities, the model compounds were incubated with stimulated neutrophils and with liver microsomes from rats and humans. Species-specific differences were observed in incubations of acetaminophen and diclofenac with rat and human hepatic microsomes. Tissue-specific differences in biotransformation of the model compounds in incubations with human neutrophils and human liver microsomes were observed for diclofenac, carbamazepine, clozapine, and bifonazole. The developed HPLC-MS/MS method was also evaluated in vivo by analysis of rat and human urine. Drug-related mercapturic acids were detected in urine of rats orally treated with acetaminophen (20 mg/kg and 640 mg/kg b.w.) or diclofenac (10 mg/kg and 20 mg/kg b.w.). Human urine samples were analyzed before and after oral administration of a clinically used dose of 500 mg and 50 mg of acetaminophen. Besides detection of the mercapturic acid of N-acetylbenzoquinoneimine (AAP-MA), a second mercapturic acid with m/z 327 occurred dose-dependently in rat and human urine samples after administration of acetaminophen. Further investigations on identification of this metabolite using authentic compounds and comparing their MS/MS mass spectra demonstrated oxidation of AAP-MA to stereoisomeric sulfoxides in vivo. For diclofenac, a novel mercapturic acid with m/z 441 was detected in rat urine samples that was identical to a metabolite obtained in incubations with human neutrophils before. The in vivo formation of this diclofenac metabolite is described here for the first time. In addition, three endogenously formed mercapturic acids were detected and identified. In conclusion, the results of the in vitro and in vivo evaluation demonstrate the advantages of the rapid and generic HPLC-MS/MS screening method for the detection of mercapturic acids, that can be obtained with a minimum of sample preparation and a high throughput in diverse matrices.},
  subject      = {Acetylcysteinderivate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nikolaev2005,
  author    = {Nikolaev, Viacheslav},
  title     = {Development and application of fluorescent cAMP und cGMP biosensors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15673},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {The cyclic nucleotides cAMP and cGMP are two ubiquitous important second messengers, which regulate diverse physiological responses from vision and memory to blood pressure and thrombus formation. They act in cells via cAMP- and cGMP-dependent protein kinases (PKA and GK), cyclic nucleotide-gated channels and Epac. Although the concept of cyclic nucleotide signalling is well developed based on classical biochemical studies, these techniques have not allowed to analyze cAMP and cGMP in live cells with high temporal and spatial resolution. In the present study fluorescence resonance energy transfer was used to develop a technique for visualization of cAMP and cGMP in live cells and in vitro by means of fluorescent biosensors. Ligand-induced conformational change in a single nucleotide-binding domain flanked with green fluorescent protein mutants was used for dynamic, highly sensitive measurements of cAMP and cGMP. Such biosensors retained binding properties and chemical specificity of unmodified domains, allowing to image cyclic nucleotides in a physiologically relevant range of concentrations. To develop cAMP-sensors, binding domains of PKA, Epac and cAMP-gated HCN-channel were used. cGMP-sensors were based on single domains of GK and phosphodiesterases (PDEs). Sensors based on Epac were used to analyze spatio-temporal dynamics of cAMP in neurons and macrophages, demonstrating that cAMP-gradients travel with a high speed (~ 40 \&\#956;m/s) throughout the entire cytosol. To understand the mechanisms of cAMP-compartmentation, kinetics properties of phosphodi-esterase (PDE2) were, next, analyzed in aldosterone producing cells. PDE2 is able to rapidly hydrolyze extensive amounts of cAMP, so that the speed of cAMP-hydrolysis is much faster than that of its synthesis, which might serve as a basis of compartmentation. cAMP-sensors were also used to develop a clinically relevant diagnostic method for reliable detection of \&\#946;1-adrenergic receptor autoantibodies in cardiac myopathy patients, which has allowed to significantly increase the sensitivity of previously developed diagnostic approaches. Conformational change in a single binding domain of GK and PDE was, next, used to create novel fluorescent biosensors for cGMP. These sensors demonstrated high spatio-temporal resolution and were applied to analyze rapid dynamics of cGMP production by soluble and particulate guanylyl cyclases as well as to image cGMP in mesangial cells. In summary, highly sensitive biosensors for cAMP and cGMP based on single cyclic nucleotide-binding domains have been developed and used in various biological and clinically relevant applications.},
  subject      = {Cyclo-AMP},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmidt2013,
  author    = {Schmidt, Tobias},
  title     = {Biotransformation of trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78579},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {The novel refrigerant 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234yf) as well as the novel foam blowing and precision cleaning agent trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (trans-HCFO-1233zd) are both chlorofluorocarbon replacements with low GWPs and a short atmospheric life time. Whereas the hydrofluoroolefin HFO-1234yf has no negative effect on stratospheric ozone due to the lack of chlorine in its structure, the hydrochlorofluoroolefine trans-HCFO-1233zd exhibits a very low potential for ozone depletion (ODP). This is approximately 100 times lower than the ozone depletion potential of precursor compounds such as 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane (CFC-113). Principle aims of this thesis were to investigate the unknown metabolism of the new solvent trans-HCFO-1233zd and to further investigate a possible biotransformation based toxicity of HFO-1234yf observed in rabbits. Therefore study specimens of different in vitro and in vivo studies with trans-HCFO-1233zd and HFO-1234yf were analyzed for metabolites using 19FNMR spectroscopy, LC-MS/MS spectrometry and GC/MS spectrometry. Metabolites were identified by comparison with purchased or synthesized standard substances. Excretion kinetics of the predominant metabolites were determined by LC-MS/MS quantification,inorganic fluoride was determined by potentiometry. Moreover cytochrome P-450 2E1 and 3A4 liver enzyme activities were measured in a multi-exposure study with HFO-1234yf. ...},
  subject      = {Propenderivate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kopp2009,
  author    = {Kopp, Eva Katharina},
  title     = {Biotransformation and Toxicokinetics of Acrylamide in Humans},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37273},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {The widely used chemical acrylamide (AA) has been classified as a probable human carcinogen. This classification was based on positive results in rodent carcinogenicity studies as well as on a number of in vitro mutagenicity assays. In 2002, AA was discovered to be formed during the preparation of starch-containing foods. According to the latest FDA exposure assessment (2006), the average daily intake has been estimated from AA levels in foodstuffs and from nutritional habits to be around 0.4 µg/kg b.w. with a 90th percentile of 0.95 µg/kg b.w.. In children and adolescents however, the daily AA intake is about 1.5 times higher, due to lower body weight and differing consumption patterns. Apart from the diet, humans may be exposed to AA during the production or handling of monomeric AA, from AA residues in polyacrylamides, and from cigarette smoke. After oral administration, AA is readily absorbed and distributed throughout the organism. AA is metabolized to the reactive epoxide glycidamide (GA) via the CYP 450 isoenzyme CYP 2E1. Both, AA and GA are conjugated with glutathione. After enzymatic processing, the mercapturic acids N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cysteine (AAMA) as well as the regioisomers N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cysteine (GAMA) and N-Acetyl-S-(1-carbamoyl-2-hydroxy-ethyl)-L-cysteine (iso-GAMA) are excreted with urine. An additional pathway for the metabolic conversion of GA is the epoxide hydrolase mediated hydrolysis to the diol compound glyceramide. Following administration of AA at doses exceeding the daily dietary intake by a factor of 1000 - 6000 to human subjects, a new urinary metabolite was found, which could be identified as the S-oxide of AAMA (AAMA-sulfoxide). In general, data from animal studies are used for risk assessment of (potential) human carcinogens. However, inter-species differences in toxicodynamics or toxicokinetics, e.g. in biotransformation may lead to under- or overestimation of human risk. The objective of this work was to establish a highly specific and sensitive analytical method to quantify the major urinary metabolites of AA. Other aims apart from measurements concerning the human background exposure were the evaluation of biotransformation and toxicokinetics of AA in humans and rats after oral administration of 13C3-AA. The obtained data was intended to help avoid linear extrapolation from animal models for future risk assessments of AA carcinogenicity.},
  subject      = {Acrylamid},
  language  = {en}
}