TY  - THES
A1  - Krüger, Anne
T1  - Molekulare Charakterisierung von NE81 und CP75, zwei kernhüllen- und centrosomassoziierten Proteinen in Dictyostelium discoideum
T1  - Molecular characterization of NE81 and CP75, two nuclear envelope and centrosome associated proteins in Dictyostelium discoideum
N2  - Lamine bilden zusammen mit laminassoziierten Proteinen die nukleäre Lamina. Diese ist notwendig für die mechanische Stabilität von Zellen, die Organisation des Chromatins, der Genexpression, dem Fortgang des Zellzyklus und der Zellmigration. Die vielfältigen Funktionen der Lamine werden durch die Pathogenese von Laminopathien belegt. Zu diesen Erkrankungen, welche ihre Ursache in Mutationen innerhalb der laminkodierenden Gene, oder der Gene laminassoziierter bzw. laminprozessierender Proteine haben, zählen unter anderem das „Hutchinson-Gilford Progerie Syndrom“, die „Emery-Dreifuss“ Muskeldystrophie und die dilatierte Kardiomyopathie. Trotz der fundamentalen Bedeutung der Lamine, wurden diese bisher nur in Metazoen und nicht in einzelligen Organismen detektiert. Der amöbide Organismus Dictyostelium discoideum ist ein haploider Eukaryot, der häufig als Modellorganismus in den verschiedensten Bereichen der Zellbiologie eingesetzt wird. Mit der Entdeckung von NE81, einem Protein das mit der inneren Kernhülle von Dictyostelium discoideum assoziiert ist, wurde erstmals ein Protein identifiziert, dass man aufgrund seiner Eigenschaften als laminähnliches Protein in einem niederen Eukaryoten bezeichnen kann. Diese Merkmale umfassen die Existenz lamintypischer Sequenzen, wie die CDK1-Phosphorylierungsstelle, direkt gefolgt von einer zentralen „Rod“-Domäne, sowie eine typische NLS und die hoch konservierte CaaX-Box. Für die Etablierung des NE81 als „primitives“ Lamin, wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Experimente durchgeführt, die strukturelle und funktionelle Gemeinsamkeiten zu den Laminen in anderen Organismen aufzeigen konnten. Die Herstellung eines polyklonalen Antikörpers ermöglichte die Verifizierung der subzellulären Lokalisation des NE81 durch Elektronenmikroskopie und gab Einblicke in das Verhalten des endogenen Proteins innerhalb des Zellzyklus. Mit der Generierung von NE81-Nullmutanten konnte demonstriert werden, dass NE81 eine wichtige Rolle bei der nukleären Integrität und der Chromatinorganisation von Zellen spielt. Des Weiteren führte die Expression von zwei CaaX-Box deletierten NE81 - Varianten dazu, den Einfluss des Proteins auf die mechanische Stabilität der Zellen nachweisen zu können. Auch die Bedeutung der hochkonservierten CaaX-Box für die Lokalisation des Proteins wurde durch die erhaltenen Ergebnisse deutlich. Mit der Durchführung von FRAP-Experimente konnte außerdem die strukturgebende Funktion von NE81 innerhalb des Zellkerns bekräftigt werden. Zusätzlich wurde im Rahmen dieser Arbeit damit begonnen, den Einfluss der Isoprenylcysteincarboxylmethyltransferase auf die Lokalisation des Proteins aufzuklären. Die Entdeckung eines laminähnlichen Proteins in einem einzelligen Organismus, der an der Schwelle zu den Metazoen steht, ist für die evolutionäre Betrachtung der Entwicklung der sozialen Amöbe und für die Erforschung der molekularen Basis von Laminopathien in einem einfachen Modellorganismus sehr interessant. Die Arbeit mit Dictyostelium discoideum könnte daher Wege aufzeigen, dass Studium der Laminopathien am Tiermodell drastisch zu reduzieren. In den letzten Jahren hat die Erforschung unbekannter Bestandteile des Centrosoms in Dictyostelium discoideum große Fortschritte gemacht. Eine zu diesem Zwecke von unserer Arbeitsgruppe durchgeführte Proteomstudie, führte zur Identifizierung weiterer, potentiell centrosomaler Kandidatenproteine. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung eines solchen Kandidatenproteins, dem CP75. Es konnte gezeigt werden, dass CP75 einen echten, centrosomalen Bestandteil darstellt, der mikrotubuli-unabhängig mit der Core Struktur des Zellorganells assoziiert ist. Weiterhin wurde deutlich, dass die Lokalisation am Centrosom in Abhängigkeit vom Zellzyklus erfolgt und CP75 vermutlich mit CP39, einem weiteren centrosomalen Core Protein, interagiert.
N2  - Lamins build the nuclear lamina together with lamin-associated proteins. The latter is required for mechanical stabilization of cells, chromatin organization, gene expression, cell cycle progression and cell migration. This became evident by the pathogenesis of laminopathies. Laminopathies are diseases which arise from mutations in genes encoding lamins, lamin-associated-or lamin-processing proteins. Prominent examples are the „Hutchinson-Gilford progeria syndrome“, the „Emery-Dreifuss“muscular dystrophy and dilated cardiomyopathy. Despite their universal importance, lamins have only been found in metazoans, but not in unicellular organisms so far. The amoeboid organism Dictyostelium discoideum is a haploid eukaryote widely used in different fields of cell biology. With the discovery of NE81, a protein associated with the inner nuclear membrane of Dictyostelium discoideum, for the first time a protein was identified, whose properties jutify denomination as a lamin-like protein in a lower eukaryote. This is based on the presence of lamin-typical sequences such as a CDK1 phosphorylation consensus sequence, followed by a central rod domain, a typical nuclear localization sequence and the highly conserved CaaX box. For the verification of NE81 as a primitive lamin, various different experiments were conducted in the frame of this work, which revealed structural and functional similarities to lamins of other organisms. Analysis of the behavior of the endogenous protein in cell cycle and the verification of the subcellular localization with electron microscopy was done with the generation of a polyclonal antibody. With a NE81 null mutant, it could be shown, that NE81 plays an important role in nuclear integrity and chromatin organization. The expression of two CaaX-box deleted protein variants confirmed the influence of NE81 on the mechanical stability of cells. These results furthermore underlined the importance of the presence of the highly conserved CaaX-box. FRAP-experiments further emphasized the structural function of NE81 in the nucleus. Furthermore, first steps were undertaken to determine the influence of the Isoprenylcysteinecarboxylmethyltransferase on the localization of NE81. In the light of evolution the discovery of a lamin-like protein in a unicellular organism is very interesting and could provide a simple experimental system for studies of the molecular basis of laminopathies. Hence, the study on laminopathies in animal models could be reduced dramatically. The identification of unknown centrosomal components in Dictyostelium discoideum has made significant proceedings in the last years. A proteomic approach which was accomplished for this purpose, yielded several potential centrosomal candidate proteins. The second part of this work focuses on the characterization of one of these proteins, CP75. It could be shown that CP75 is a genuine, centrosomal component, which is associated with the centrosomal core structure independently of microtubules. Furthermore, it could be demonstrated, that the localization of CP75 is cell cycle-dependent and that it presumably interacts with the core protein CP39.
KW  - Kernhülle
KW  - Lamin
KW  - Dictyostelium
KW  - Centrosom
KW  - nuclear envelope
KW  - lamin
KW  - Dictyostelium
KW  - centrosome
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53915
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hübner, Sandra
T1  - Molekulare Grundlagen der Bittergeschmackswahrnehmung in der Maus
T1  - Molecular basics of bitter taste perception in mice
N2  - Der Bittergeschmack dient Säugern vermutlich zur Wahrnehmung und Vermeidung toxischer Substanzen. Bitterstoffe können jedoch auch gesund sein oder werden oft bereitwillig mit der Nahrung aufgenommen. Ob sie geschmacklich unterschieden werden können, ist allerdings umstritten. Detektiert werden Bitterstoffe von oralen Bittergeschmacksrezeptoren, den TAS2R (human) bzw. Tas2r (murin). In der Literatur gibt es aber immer mehr Hinweise darauf, dass überdies Tas2r nicht nur in extragustatorischen Organen exprimiert werden, sondern dort auch wichtige Aufgaben erfüllen könnten, was wiederum die Aufklärung ihrer noch nicht vollständig entschlüsselten Funktionsweisen erfordert. So ist noch unbekannt, ob alle bisher als funktionell identifizierten Tas2r wirklich gustatorische Funktionen erfüllen.
Im Rahmen der Charakterisierung neu generierter, im Locus des Bittergeschmacksrezeptors Tas2r131 genetisch modifizierter Mauslinien, wurde in vorliegender Arbeit die gustatorische sowie extragustatorische Expression von Tas2r131 untersucht. Dass Tas2r131 nicht nur in Pilzpapillen, Wall- und Blätterpapillen (VP+FoP), Gaumen, Ductus nasopalatinus, Vomeronasalorgan und Kehldeckel, sondern auch in Thymus, Testes und Nebenhodenkopf, in Gehirnarealen sowie im Ganglion geniculatum nachgewiesen wurde, bildete die Grundlage für weiterführende Studien. Die vorliegende Arbeit zeigt außerdem, dass Tas2r108, Tas2r126, Tas2r135, Tas2r137 und Tas2r143 in Blut exprimiert werden, was auf eine heterogene Funktion der Tas2r hindeutet. Dass zusätzlich erstmals die Expression aller 35 als funktionell beschriebenen Tas2r im gustatorischen VP+FoP-Epithel von C57BL/6-Mäusen nachgewiesen wurde, verweist auf deren Relevanz als funktionelle Geschmacksrezeptoren.
Weiter zeigten Untersuchungen zur Aufklärung eines möglichen Bitter-Unterscheidungsvermögens in Geschmackspapillen von Mäusen mit fluoreszenzmarkierten oder ablatierten Tas2r131-Zellen, dass Tas2r131 exprimierende Zellen eine Tas2r-Zellsubpopulation bilden. Darüber hinaus existieren innerhalb der Bitterzellen geordnete Tas2r-Expressionsmuster, die sich nach der chromosomalen Lage ihrer Gene richten. Isolierte Bitterzellen reagieren heterogen auf bekannte Bitterstoffe. Und Mäuse mit ablatierter Tas2r131-Zellpopulation besitzen noch andere Tas2r-Zellen und schmecken damit einige Bitterstoffe kaum noch, andere aber noch sehr gut. Diese Befunde belegen die Existenz verschiedener gustatorischer Tas2r-Zellpopulationen, welche die Voraussetzung bilden, Bitterstoffe heterogen zu detektieren. Ob dies die Grundlage für ein divergierendes Verhalten gegenüber unverträglichen und harmlosen oder gar nützlichen Bitterstoffen darstellt, kann mit Hilfe der dargelegten Tas2r-Expressionsmuster künftig in Verhaltensexperimenten geprüft werden.
Die Bittergeschmackswahrnehmung in Säugetieren stellt sich als ein hochkomplexer Mechanismus dar, dessen Vielschichtigkeit durch die hier neu aufgezeigten heterogenen Tas2r-Expressions- und Funktionsmuster erneut verdeutlicht wird.
N2  - In mammals bitter taste is assumed to serve as warning sensor and therefore prevent organisms from ingesting toxic substances. But bitter compounds can also be beneficial and often are readily consumed with food. However, it is disputed if they can be distinguished by taste. Bitter compounds are detected by oral bitter taste receptors, the TAS2Rs (human) or Tas2rs (murine). Moreover, literature provides more and more evidence that Tas2rs not only are expressed in extragustatory organs, but also appear to fulfill relevant functions there. This in turn requires elucidation of their modes of action, which are incompletely understood. Thus it is unknown, if all potentially functional Tas2rs really perform gustatory functions.
Within present thesis, newly generated mouse lines with a genetically modified locus of bitter taste receptor Tas2r131 have been characterized by analyzing gustatory as well as extragustatory expression of Tas2r131. The detection of Tas2r131 in fungiform papillae, vallate and foliate papillae (VP+FoP), palate, naso-incisor duct, vomeronasal organ and epiglottis, as well as in thymus, testis and epididymis, in brain and in Ganglion geniculatum, provided the basis for further studies. In addition, present thesis shows expression of Tas2r108, Tas2r126, Tas2r135, Tas2r137, and Tas2r143 in blood, indicating heterogeneous function of Tas2rs. Nevertheless, the presently for the first time proven expression of all 35 potentially functional Tas2rs in gustatory VP+FoP tissue of C57BL/6 mice points to their role as functional taste receptors.
To investigate the possibility of a bitter discrimination, further studies were performed in mice with fluorescent-labeled or ablated Tas2r131 cells. It could be demonstrated, that Tas2r131-expressing cells form a subpopulation of the whole Tas2r-expressing cell population. In addition, within bitter cells stable Tas2r expression patterns exist, that comply with chromosomal location of their genes. Single bitter cells respond heterogeneously to common bitter compounds. And mice with ablated Tas2r131 bitter cell population still posses further bitter cells and thereby hardly recognize some bitter substances, but well recognize others. These findings substantiate the existence of different gustatory Tas2r-expressing cell subpopulations, which built the prerequisite for a heterogeneous bitter compound detection. The demonstrated Tas2r expression patterns offer the basis for future behavioral experiments to clarify, if mice are able to distinguish between different bitter tastants.
Bitter taste perception in mammals turns out to be a highly complex mechanism, which is again substantiated by the herein demonstrated heterogeneous Tas2r expression and functional patterns.
KW  - Geschmackswahrnehmung
KW  - Bittergeschmack
KW  - Bittergeschmacksrezeptor
KW  - Tas2r
KW  - taste
KW  - Tas2r-Expression
KW  - bitter taste perception
KW  - Tas2rs
KW  - Tas2r expression
KW  - murine Tas2rs
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77720
ER  - 
TY  - THES
A1  - Töle, Nadine
T1  - Molekulare und histologische Untersuchungen zur gustatorischen Fettwahrnehmung des Menschen
T1  - Molecular and histological analyses of human gustatory fat perception
N2  - Die hohe Energieaufnahme durch Fette ist ein Hauptfaktor für die Entstehung von Adipositas, was zu weltweiten Bestrebungen führte, die Fettaufnahme zu verringern. Fettreduzierte Lebensmittel erreichen jedoch, trotz ihrer Weiterentwicklung, nicht die Schmackhaftigkeit ihrer Originale. Die traditionelle Sichtweise, dass die Attraktivität von Fetten allein durch Textur, Geruch, Aussehen und postingestive Effekte bestimmt wird, wird nun durch das Konzept einer gustatorischen Wahrnehmung ergänzt. Bei Nagetieren zeigte sich, dass Lipide unabhängig von den vorgenannten Eigenschaften erkannt werden, sowie, dass Fettsäuren, freigesetzt durch linguale Lipasen, als gustatorische Stimuli fungieren und Fettsäuresensoren in Geschmackszellen exprimiert sind. Die Datenlage für den Menschen erwies sich jedoch als sehr begrenzt, daher war es Ziel der vorliegenden Arbeit molekulare und histologische Voraussetzungen für eine gustatorische Fettwahrnehmung beim Menschen zu untersuchen.

Zunächst wurde humanes Geschmacksgewebe mittels RT-PCR und immunhistochemischen Methoden auf die Expression von Fettsäuresensoren untersucht, sowie exprimierende Zellen in Kofärbeexperimenten charakterisiert und quantifiziert. Es wurde die Expression fettsäuresensitiver Rezeptoren nachgewiesen, deren Agonisten das gesamte Spektrum an kurz- bis langkettigen Fettsäuren abdecken (GPR43, GPR84, GPR120, CD36, KCNA5). Ein zweifelsfreier Nachweis des Proteins konnte für den auf langkettige Fettsäuren spezialisierten Rezeptor GPR120 in Typ-I- und Typ-III-Geschmackszellen der Wallpapillen erbracht werden. Etwa 85 % dieser GPR120-exprimierenden Zellen enthielten keine der ausgewählten Rezeptoren der Geschmacksqualitäten süß (TAS1R2/3), umami (TAS1R1/3) oder bitter (TAS2R38). Somit findet sich in humanen Geschmackspapillen nicht nur mindestens ein Sensor, sondern möglicherweise auch eine spezifische, fettsäuresensitive Zellpopulation. Weitere RT-PCR-Experimente und Untersuchungen mittels In-situ-Hybridisierung wurden zur Klärung der Frage durchgeführt, ob Lipasen in den Von-Ebner-Speicheldrüsen (VED) existieren, die freie Fettsäuren aus Triglyceriden als gustatorischen Stimulus freisetzen können. Es zeigte sich zwar keine Expression der bei Nagetieren gefundenen Lipase F (LIPF), jedoch der eng verwandten Lipasen K, M und N in den serösen Zellen der VED. In-silico-Untersuchungen der Sekundär- und Tertiärstrukturen zeigten die hohe Ähnlichkeit zu LIPF, erwiesen aber auch Unterschiede in den Bindungstaschen der Enzyme, welche auf ein differenziertes Substratspektrum hinweisen. Die Anwesenheit eines spezifischen Signalpeptids macht eine Sekretion der Lipasen in den die Geschmacksporen umspülenden Speichel wahrscheinlich und damit auch eine Bereitstellung von Fettsäuren als Stimuli für Fettsäuresensoren. Die Übertragung des durch diese Stimuli hervorgerufenen Signals von Geschmackszellen auf gustatorische Nervenfasern über P2X-Rezeptormultimere wurde mit Hilfe einer vorherigen Intervention mit einem P2X3 /P2X2/3-spezifischen Antagonisten an der Maus als Modellorganismus im Kurzzeit-Präferenztest untersucht. Es zeigte sich weder eine Beeinträchtigung der Wahrnehmung einer Fettsäurelösung, noch einer zuckerhaltigen Kontrolllösung, wohingegen die Wahrnehmung einer Bitterstofflösung reduziert wurde. Somit ist anhand der Ergebnisse dieser Arbeit eine Beteiligung des P2X3-Homomers bzw. des P2X2/3-Heteromers unwahrscheinlich, jedoch die des P2X2-Homomers und damit der gustatorischen Nervenfasern nicht ausgeschlossen.
 
Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen auf die Erfüllung grundlegender Voraussetzungen für die gustatorische Fett(säure)wahrnehmung hin und tragen zum Verständnis der sensorischen Fettwahrnehmung und der Regulation der Fettaufnahme bei. Das Wissen um die Regulation dieser Mechanismen stellt eine Grundlage zur Aufklärung der Ursachen und damit der Bekämpfung von Adipositas und assoziierten Krankheiten dar.
N2  - High consumption of energy from fat is considered one of the main factors that evoke obesity which led to a worldwide effort to reduce dietary fat intake. However, despite their continuous improvement, fat-reduced foods do not yet reach the palatability of their originals. The traditional view that the attraction to fats is only determined by texture, odor, appearance as well as postingestive effects is now challenged by the concept of gustatory sensation of fats. After excluding or masking the aforementioned features, rodents showed continuous attraction towards lipid solutions. Also long-chain fatty acids liberated from triglycerides by lingual lipases as the main stimulus and the expression of fatty acid-sensitive receptors in taste buds was shown. In contrast, only little data exists for humans. Therefore, this thesis aimed at elucidating the molecular and cellular prerequisites for a gustatory detection of fat.

First, human taste tissue was examined by RT-PCR and immunohistochemical methods for the expression of fatty acid sensors and the expressing cells were characterized and quantified by co-staining procedures. The expression of fatty acid-sensitive receptors was shown whose agonists cover the whole range of short- to long-chain fatty acids (GPR43, GPR84, GPR120, CD36, and KCNA5). Protein expression of the long-chain fatty acid receptor GPR120 in type I and type III taste cells was unambiguously demonstrated. About 85 % of the GPR120-expressing cells did not co-express receptors for sweet (TAS1R2/3), umami (TAS1R1/3) or bitter (TAS2R38) taste. Hence, not only does at least one fatty acid sensor exist in human taste papillae, but possibly also a special fatty acid-sensitive cell population. Additional RT-PCR experiments and in situ hybridization analyses were used to address the question, if lipases in the Von-Ebner-salivary glands (VEG) produce free fatty acids from triglycerides as gustatory stimuli. Unlike mice which express lipase F, lipases K, M and N, which are highly related to lipase F, were found to be expressed in the serous cells of the VEG. In silico approaches confirmed high similarities of the secondary and tertiary structures of these lipases to lipase F. Also a marked difference in the binding pocket of the enzymes was observed, which suggests differential substrate specificity. The presence of a signal peptide sequence proposes that the lipases K, M, and N are secreted into the trenches of gustatory papillae. This would result in lipolysis of dietary triglycerides and generation of stimuli for the fatty acid sensor GPR120. Next the hypothesis was tested whether GPR120-generated signals are conveyed to gustatory nerves via P2X-receptor-multimers. To this end short term preference tests were performed in mice after intervention with a P2X3-/P2X2/3-specific antagonist. However, this treatment did not affect the preference of mice for the fatty acid or for a sweet control solution, whereas recognition of a bitter solution was impaired. Thus, an involvement of the P2X3-homomer or the P2X3-/P2X2/3-heteromer seems unlikely. However, these results do not exclude a contribution of P2X2-receptor-heteromers and in turn gustatory nerves for the preference of fatty acid solutions.

In summary, the results of this thesis give new insights into the molecular and cellular prerequisites for a gustatory component for fat detection in humans. They also help understanding fat sensation and the regulation of fat intake which in turn may eventually promote novel concepts for the treatment of obesity and related diseases.
KW  - Geschmack
KW  - Fettwahrnehmung
KW  - Fettsäuren
KW  - Sensorik
KW  - Lipasen
KW  - G-Protein gekoppelte Rezeptoren
KW  - taste
KW  - fat perception
KW  - fatty acids
KW  - lipases
KW  - G-protein coupled receptors
KW  - sensory analysis
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-93180
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schlenstedt, Jana
T1  - Molekulare und pharmakologische Charakterisierung von Serotonin-Rezeptoren der Honigbiene Apis mellifera
T1  - Molecular and pharmacological characterization of serotonin receptors of the honeybee Apis mellifera
N2  - Die Honigbiene Apis mellifera gilt seit langem als Modell-Organismus zur Untersuchung von Lern- und Gedächtnisvorgängen sowie zum Studium des Sozialverhaltens und der Arbeitsteilung. Bei der Steuerung und Regulation dieser Verhaltensweisen spielt das Indolalkylamin Serotonin eine wesentliche Rolle. Serotonin entfaltet seine Wirkung durch die Bindung an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs). In der vorliegenden Arbeit wird der erste Serotonin-Rezeptor aus der Honigbiene molekular charakterisiert.  Durch die Anwendung zwei verschiedener Klonierungsstrategien konnten drei cDNA-Sequenzen isoliert werden, die für potentielle Serotonin-Rezeptoren kodieren. Die Sequenzen weisen die größte Ähnlichkeit zu dem 5-HT7- und 5-HT2-Rezeptor von Drosophila melanogaster bzw. dem 5-HT1-Rezeptor von Panulirus interruptus auf. Die isolierten Serotonin-Rezeptoren der Honigbiene wurden dementsprechend Am(Apis mellifera)5-HT1, Am5-HT2 und Am5-HT7 benannt.  Das Hydropathieprofil des Am5-HT1-, Am5-HT2- und Am5-HT7-Rezeptors deutet auf das Vorhandensein des charakteristischen heptahelikalen Aufbaus G-Protein-gekoppelter Rezeptoren hin. Die abgeleiteten Aminosäuresequenzen zeigen typische Merkmale biogener Amin-Rezeptoren. Aminosäuren, die eine Bedeutung bei der Bildung der Liganden-Bindungstasche, der Rezeptor-Aktivierung und der Kopplung eines G-Proteins an den Rezeptor haben, sind in allen drei Rezeptoren konserviert. Interessanterweise ist jedoch das in den meisten biogenen Amin-Rezeptoren vorhandene DRY-Motiv in dem Am5-HT2- und Am5-HT7-Rezeptor nicht konserviert. Das Vorhandensein einer PDZ-Domäne in dem Am5-HT1- und Am5-HT7-Rezeptor lässt vermuten, dass diese Rezeptoren als Adapterproteine fungieren, die Signalmoleküle zu einem Signaltransduktionskomplex vereinigen.  RT-PCR-Experimente zeigen die Expression der Rezeptoren in verschiedenen Geweben der Honigbiene. Auffallend ist die hohe Expression im Zentralgehirn. Des Weiteren konnte die Expression der Serotonin-Rezeptoren in den optischen Loben, Antennalloben sowie in der Peripherie, d.h. in der Flugmuskulatur und den Malpighischen Gefäßen nachgewiesen werden. Durch in situ Hybridisierungen wurde die Expression in Gefrierschnitten von Gehirnen adulter Sammlerinnen im Detail untersucht. Transkripte der Rezeptoren sind in den Somata von intrinsischen Pilzkörperzellen, Neuronen der optischen Loben und Neuronen der Antennalloben vorhanden.  In einem heterologen Expressionssystem wurde der intrazelluläre Signalweg des Am5-HT7-Rezeptors untersucht. Die Aktivierung des stabil exprimierten Rezeptors durch Serotonin führt zur Bildung von cAMP. Der 5-HT7-Rezeptor spezifische Agonist 5-CT zeigt eine mit Serotonin vergleichbare Fähigkeit, die intrazelluläre cAMP-Konzentration zu erhöhen. Am5-HT7 gehört daher funktionell zu der Gruppe der 5-HT7-Rezeptoren. Der EC50-Wert von 1,06~nM (5-HT), ist im Vergleich zu anderen 5-HT7-Rezeptoren äußert niedrig. Des Weiteren wurde gezeigt, dass das basale cAMP-Niveau in den transfizierten Zellen im Vergleich zu nicht transfizierten Zellen deutlich erhöht ist. Das heißt, dass der Rezeptor auch in der Abwesenheit eines Liganden aktiv ist. Diese konstitutive Aktivität ist auch von anderen biogenen Amin-Rezeptoren bekannt. Methiothepin wurde als wirksamer inverser Agonist des Am5-HT7-Rezeptors identifiziert, da es in der Lage ist, der konstitutiven Aktivität entgegenzuwirken. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass die Serotonin-Rezeptoren in verschiedenen Regionen des ZNS der Honigbiene an der Informationsverarbeitung beteiligt sind. Es kann eine Beeinflussung von Lern- und Gedächtnisprozessen sowie des olfaktorischen und visuellen Systems durch diese Rezeptoren vermutet werden. Mit der Klonierung und funktionellen Charakterisierung des ersten Serotonin-Rezeptors der Honigbiene ist eine Grundlage für die Untersuchung der molekularen Mechanismen der serotonergen Signaltransduktion geschaffen worden.
N2  - The honeybee Apis mellifera is a model organism for studying insect division of labor, learning and memory. An important substance that has been implicated in the control and regulation of these phenomena is the indolalkylamine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) Pharmacological and functional studies indicate, that serotonin activates various receptor subtypes which predominantly belong to the family of G protein-coupled receptors (GPCRs). Using a homology based screening approach on a brain-specific cDNA library of the honeybee and a PCR-based strategy we have isolated cDNAs encoding three putative serotonin receptors. The deduced amino acid sequences of these putative honeybee serotonin receptors show the highest homology to a 5-HT7 and a 5-HT2 receptor from Drosophila melanogaster and a 5-HT1 receptor from Panulirus interruptus, respectively. We have studied the distribution of the respective 5-HT receptor mRNAs in several tissues of the honeybee by RT-PCR. The analysis revealed a high amount in the central brain. By using in situ-hybridization we detected receptor encoding mRNA in cryostat sections of honeybee brain. We could prove receptor transcripts in neurons of the optic lobes, intrinsic mushroom body neurons, and deutocerebral neurons.  In a HEK 293 cell line, stably expressing the 5-HT7 receptor protein, we investigated the intracellular signalling pathway. When activated by serotonin, the heterologous expressed 5-HT7 receptor induces an increase in intracellular cAMP levels ([cAMP]i). The stimulation with other biogenic amines (octopamine, tyramine, and dopamine) did not induce a significant change in [cAMP]i Furthermore, Am5-HT7 causes a significant increase in the non-agonist stimulated cAMP levels relative to those of non-transfected cells. Therefore, the Am5-HT7 receptor displays agonist-independent (constitutive) activity which has also been demonstrated for many other GPCRs.  A specific affinity-purified anti-Am5-HT7 antibody detected a protein band of the expected size of ~66 kDa in homogenates of honeybee brains and HEK 293 cells expressing the Am5-HT7 receptor.
KW  - Biogene Amine
KW  - Serotonin
KW  - Serotoninrezeptor
KW  - Biene
KW  - Pharmakologie
KW  - Lernen und Gedächtnis
KW  - pharmakologisches Profil
KW  - Gewebsverteilung
KW  - serotonin
KW  - biogenic amine
KW  - receptor
KW  - honeybee
KW  - pharmacology
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7203
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scheidig, Andreas
T1  - Molekulare Untersuchungen zum Stärkeabbau in vegetativen Pflanzenteilen
T1  - Molecular investigations in starch degradation in plants
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurden cDNAs, kodierend für bisher unbekannte stärkeabbauende Enzyme, aus Kartoffel isoliert und funktionell analysiert. Die Isolation der cDNAs erfolgte mit Hilfe eines Systems, welches sich der funktionellen Expression von cDNA-Bibliotheken in E. coli bediente. Die mit diesem System zur Expression gebrachten cDNA-Bibliotheken wurden im Rahmen dieser Arbeit hergestellt. Zum einen handelte es sich um eine blattspezifische Phagen-cDNA-Bibliothek (Proben wurden während des Tag/Nacht Übergangs genommen), zum anderen um eine knollenspezifische cDNA-Bibliothek aus kaltgelagerten Knollen. Nach der Überführung der Phagen-Bibliotheken in Plasmid-Bibliotheken wurden diese funktionell in dem E. coli Stamm KV832 exprimiert. Der Stamm KV832 wurde aufgrund seiner Fähigkeit, lineare Glucane zu akkumulieren, ausgewählt. Werden Glucan akkumulierende KV832 Kolonien mit Jod bedampft, so zeigen diese eine typische Blaufärbung. Nach der Expression der Plasmid-Bibliotheken in KV832 wurden solche Kolonien weiter untersucht, welche in ihrer Färbung von den blauen Kolonien abwichen. Mittels eines zweiten E. coli Stamms, PGM −, welcher ebenfalls in der Lage ist, lineare Glucane zu akkumulieren, wurden die Ergebnisse für KV832 bestätigt. Die funktionelle Expression der Bibliotheken führte zur Isolation einer Reihe von unbekannten cDNAs. Zwei dieser cDNAs wurden im Rahmen dieser Arbeit weiterführend untersucht. Zum einen handelte es sich um eine cDNA, die für eine bis dahin unbekannte β-Amylase aus Kartoffel kodierte und deren Homolog aus Arabidopsis (CT-BMY) im Laufe dieser Arbeit von Lao et al. (1999) veröffentlicht wurde, zum anderen um eine cDNA, die für ein unbekanntes Enzym kodierte (DSD10). Das Arabidopsis Homolog zu DSD10 wurde im Zuge der Arabidopsis Genominitiative Ende 2000 publiziert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die isolierte β-Amylase cDNA für eine funktionelle β-Amylase kodiert und dieses Enzym in der Lage ist, neben löslicher auch rohe Stärke anzugreifen. Lokalisationsexperimente zeigten, dass das Enzym in isolierte Erbsenchloroplasten importiert wurde und dass die 100 N-terminalen Aminosäuren für den Import in die Plastiden ausreichten. Die β-Amylase wurde als PCT-BMYI bezeichnet. Die »antisense«-Inhibierung von PCT-BMYI führte zu einem Hochstärke-Phänotyp der Blätter, sowie zu einem Anstieg der Trockenmasse. Der Hochstärke-Phänotyp ist auf eine Reduktion der Stärkemobilisierung und die daraus folgende Akkumulation der Stärke während der Vegetationsperiode zurückzuführen. Damit konnte erstmals die physiologische Bedeutung einer β-Amylase für den Abbau der transitorischen Stärke gezeigt werden. Kein Einfluss zeigte die »antisense« Inhibierung von PCT-BMYI auf den kälteinduzierten Abbau der Speicherstärke in Knollen. Es konnte auch kein Unterschied im Keimverhalten oder der Entwicklung der neuen Pflanze beobachtet werden. Ein Teil der Ergebnisse zu PCT-BMYI wurde bereits publiziert (Scheidig et al., 2002). Die isolierten cDNAs dsd10, sgeI (die Volllängen cDNA zu dsd10) und das Arabidopsis Homolog asgeI kodieren für Enzyme, welche α-Amylase-Aktivität besitzen, aber keine Homologie zu bekannten α-Amylasen aufweisen. Ein mögliches Glucoamylase Motiv erwies sich für die Aktivität des Proteins als essentiell. Lokalisationsexperimente deuteten auf den Import des SGEI Proteins in isolierte Erbsenchloroplasten hin. Die »antisense«-Inhibierung von sgeI führte in den entsprechenden Linien zu einem Hochstärke-Phänotyp in Blättern, einem Anstieg der Trockenmasse in Blättern, sowie zu größeren Stärkekörnern in einer der untersuchten Linien. Ein nicht erwarteter Effekt zeigte sich in Blättern der entsprechenden Linien, welche für längere Zeit dunkel gehalten wurden. Die Blätter der untransformierten Kontrolle waren abgestorben, wohingegen die Blätter der SGEI »antisense« Linien grün und vital erschienen. Die α- und β-Amylase-Aktivität war in Blättern der SGEI »antisense« Linien reduziert, weshalb eine genaue Zuordnung der Funktion von SGEI nicht möglich war. Die vorliegenden Ergebnisse zu den SGEI »antisense« Linien deuten aber darauf hin, dass der beobachtete Hochstärke-Phänotyp nicht alleine auf die Reduktion der β-Amylase-Aktivität zurückzuführen ist. Ein Einfluss von SGEI auf den kälteinduzierten Abbau der Speicherstärke konnte nicht beobachtet werden. Es konnte auch hier kein Unterschied im Keimverhalten oder der Entwicklung der neuen Pflanze beobachtet werden.
N2  - In the presented work, previously unidentified starch metabolic genes from potato were isolated and functionally characterized. Gene isolation proceeded using a cDNA library system that allows the functional expression of potato genes in E. coli. The generated libraries included 1) a phage vector-based, leaf-specific cDNA library generated from mRNA isolated during the day/night transition and 2) a phage vector-based, tuber-specific cDNA library generated from mRNA isolated from potato tubers after cold storage. After in vivo mass Excision of the phage library, the resulting plasmid libraries were functionally expressed in E. coli strain, KV832. This strain was selected for its ability to accumulate linear glucans. Reaction with iodine vapour in glucan-producing KV832 colonies results in a characteristic blue hue. The expression library was thus screened for colonies in which the blue hue was diminished, a potential indicator of the expression of starch degrading enzymes. Library clones from the selected colonies were reconfirmed in PGM−, an alternative E. coli that also accumulates linear glucans. The above expression and screening program allowed isolation of a series of previously uncharacterized cDNA clones. Two such clones were investigated in depth in the remainder of the presented work. The first of these cDNA clones comprised a gene for a hitherto unidentified β-amylase function. The second encoded a functional truncation of a previously unknown enzyme, and was designated DSD10. The full length version of this gene was isolated and designated sgeI. Homologs of both full-length genes have since been identified in Arabidopsis: the former was published as CT-BMY by Lao et al. (1999), while the latter was published in the course of the Arabidopsis Genome Initiative at the end of 2000. Demonstrated in the course of this work is that the first of these isolated amylase cDNAs encodes a functional β-amylase enzyme that hydrolyses raw as well as soluble starch. Enzyme localization experiments showed that the 100 N-terminal amino acids are sufficient to effect import into isolated pea chloroplasts, which is supportive of plastid-targeted localization in potato. This novel β-amylase was designated as PCT-BMYI. Whole-plant antisense inhibition of PCT-BMYI in the potato plant resulted in a high-starch phenotype in the leaf, as well as to an increase in leaf dry weight. The high-starch phenotype was caused by a reduction in starch mobilization and the resulting accumulation of starch during the vegetative phase. This represents the first demonstration of the physiological role of a β-amylase in the metabolism of transitory starch deposits. In contrast to its role in the leaf, antisense inhibition of PCT-BMY1 resulted in no observable alteration in cold-induced metabolism of storage starch in the potato tuber. Additionally, inhibition of PCT-BMY1 resulted in no observable alteration in tuber sprouting, nor in the development of the potato plants. A portion of the results regarding PCT-BMYI have been published (Scheidig et al., 2002). The second isolated gene, sgeI, and its Arabidopsis homolog, asgeI, encode enzymes with α-amylase activity, but neither show homology to known α-amylases. A putative glucoamylase motif, however, was found to be essential for activity of the sgeI gene product, SGEI. As was the case for PCT-BMY1, localization experiments demonstrated import of SGEI into isolated pea chloroplasts, again suggesting plastid localization in potato. Antisense inhibition of sgeI in potato lead to a high-starch phenotype in the leaf and an increase in the leaf dry weight, but also to an increase in starch granule size in one of the studied potato lines. Longer term storage of such lines in the absence of light resulted in an unexpected phenomenon. While the wild type control leaves withered and died within days, the sgeI antisense lines appeared green and healthy for over two weeks. The reason for this may be the metabolism of the stored, hyper-accumulated starch, both due to and despite the initial antisense suppression of sgeI. The exact roll of SGEI in these experiments was complicated by the observed simultaneous suppression of both α- und β-amylase activity in the sgeI antisense lines. The clear quantitative differences in the observed high-starch phenotypes of the sgeI and PCT-BMY1 lines, however, suggest that these phenotypic differences were not due to suppression of β-amylase activity alone. SGEI suppression resulted in no observed differences in sprouting, development of potato plants, or in the metabolism of storage starch in the potato tuber.
KW  - Screening
KW  - Stärkeabbau
KW  - Solanum tuberosum
KW  - transitorische Stärke
KW  - beta-Amylase
KW  - starch degradation
KW  - solanum tuberosum
KW  - transitory starch
KW  - beta-amylase
KW  - screening
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-11857
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stöllner, Daniela
T1  - Neue biosensorische Prinzipien für die Hämoglobin-A1c Bestimmung
N2  - Hämoglobin-A1c (HbA1c) ist ein Hämoglobin (Hb)-Subtypus, der durch nicht-enzymatische Glykierung des N-terminalen Valinrestes der Hämoglobin-beta-Kette entsteht. Das gemessene Verhältnis von HbA1c zum Gesamt-Hämoglobin (5-20 % bei Diabetikern) repräsentiert den Mittelwert der Blutglucosekonzentration über einen zweimonatigen Zeitraum und stellt zur Beurteilung der diabetischen Stoffwechsellage eine Ergänzung zur Akutkontrolle der Glukosekonzentration dar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen amperometrischen Biosensor für die Bestimmung des medizinisch relevanten Parameters HbA1c zu entwickeln. Durch Selektion geeigneter Bioerkennungselemente und deren Immobilisierung unter Erhalt der Bindungsfunktion für die Zielmoleküle Hämoglobin bzw. HbA1c wurden spezifische, hochaffine und regenerationsstabile Sensoroberflächen geschaffen. Für die Entwicklung des HbA1c-Biosensors wurden zwei Konzepte - Enzymsensor und Immunosensor - miteinander verglichen.  Die enzymatische Umsetzung von HbA1c erfolgte mit der Fructosylamin Oxidase (FAO) aus Pichia pastoris N 1-1 unter Freisetzung von H2O2, welches sowohl optisch über eine Indikatorreaktion als auch elektrochemisch nach Einschluss der FAO in PVA-SbQ und Fixierung des Immobilisats vor einer H2O2-Elektrode nachgewiesen wurde. Die Kalibration des Enzymsensors mit der HbA1c-Modellsubstanz Fructosyl-Valin ergab Nachweisgrenzen, die ausserhalb des physiologisch relevanten HbA1c-Konzentrationsbereich lagen. Aus der Umsetzung von glykierten Peptiden mit einer nicht HbA1c analogen Aminosäurensequenz, z.B. Fructosyl-Valin-Glycin wurde zudem eine geringe HbA1c-Spezifität abgeleitet. Für den Immunosensor wurden zwei heterogene Immunoassay-Formate unter Verwendung von hochaffinen und spezifischen Antikörpern in Kombination mit Glucose Oxidase (GOD) als Markerenzym zum Nachweis von HbA1c untersucht. Beim indirekt-kompetitiven Immunoassay wurde anstelle des kompletten HbA1c-Moleküls das glykierte Pentapeptid Fructosyl-Valin-Histidin-Leucin-Threonin-Prolin (glkPP) als Kompetitor und Affinitätsligand immobilisiert und so eine regenerierfähige Oberfläche geschaffen. Beim Sandwich-Immunoassay wurde im ersten Schritt Gesamt-Hämoglobin an die mit Haptoglobin (Hp) modifizierte Festphase angereichert und im zweiten Schritt der gebundene HbA1c-Anteil nachgewiesen.  Für die Konstruktion des HbA1c-Immunosensors wurden Affinitätsmatrizen durch Modifizierung von Cellulose-Dialysemembranen mit glkPP bzw. Hp hergestellt. Grundlegend studiert wurde die Aktivierung der Cellulose-Membranen mit 1,1'-Carbonyldiimidazol (CDI) und 1-Cyano-4-dimethylaminopyridintetrafluoroborat (CDAP) als Aktivierungsagenzien. Eine gerichtete Immobilisierung der Liganden wurde realisiert, indem glkPP über dessen C-Terminus (einzige Carboxylatgruppe) und Hp über dessen periodat-oxidiertem Kohlenhydratrest an die amino- oder hydrazidfunktionalisierte Membranen kovalent gekoppelt wurden.  Mit dem Einsatz der glkPP- und Hp-modifizierten Membranen in der elektrochemischen Messzelle war erstmalig der biosensorische Nachweis von HbA1c möglich. Als Transduktor diente eine Pt-Elektrode, an der das von der GOD generierte H2O2 umgesetzt und ein mit der HbA1c-Konzentration korrelierendes Stromsignal erzeugt wurde. Die Immunosensoren zeigten Ansprechzeiten von 3 s. Mit dem Immunosensor auf Basis des indirekt-kompetitiven Testprinzips wurde eine Kalibrationskurve für HbA1c im Bereich von 0,25-30 µg/ml (3,9-465 nM, CV 3-9 %) mit Assayzeiten von 60 min und mit dem Immunosensor im Sandwich-Format eine Kalibrationskurve im Bereich von 0,5-5 µg/ml (7,8-78 nM; 5-50 % HbA1c vom Gesamt-Hb, CV 6-10 %, 3 h) aufgenommen.
N2  - Hemoglobin-A1c (HbA1c) is a hemoglobin subtype formed by non-enzymatic reaction of glucose with the N-terminus of the beta-polypeptide chains. As it reflects the glycemic status of diabetics over the preceding 8-12 weeks, the determination of HbA1c has become an established procedure in the management of diabetes mellitus. It is measured as the percentage of total hemoglobin. Up to 5 % HbA1c are considered as normal whereas in diabetic subjects it could be elevated from 5-20 %. In addition to amperometric biosensors for glucose self monitoring which have been successfully applied in diabetes management, biosensors for HbA1c would be an useful supplement for a comprehensive diabetes control.   Objective of this work was to develop and compare amperometric biosensors for determination of HbA1c based on enzymatic and immunochemical methods.   For the enzyme based HbA1c assay a novel fructosamine oxidase (FAO) derived from marine yeast Pichia pastoris, strain N1-1 was utilized. It recognizes and oxidatively degrades fructosyl-valine (FV) which corresponds to the glycated N-terminus of the beta-chain of HbA1c and therefore is regarded as a model compound for HbA1c. Hydrogen peroxide which is liberated by the FAO during FV conversion was indicated optically in a horseradish peroxidase (POD) coupled reaction and electrochemically. For the biosensor the FAO was embedded in polyvinyl alcohol-stylbazole (PVA-SbQ) and fixed it in front of a Pt-electrode. So far, the measuring range of FV did not cover the clinically relevant range of HbA1c. Low specificity was assumed since enzyme activity also was obtained with glycated peptides, e.g. fructosyl-valine-glycine, not corresponding to the glycated N-terminus of the hemoglobin-beta-chain.  For the immunosensor two immunoassays formats - heterogeneous sandwich and heterogeneous competitive - were tested. The assays were designed as follows: The competitive immunoassay was based on the immobilized synthetic glycated pentapeptide fructosyl-valine-histidine-leucine-threonine-proline (glkPP) utilized as HbA1c analogue. The peptide has an amino acid sequence corresponding to the N-terminus of the hemoglobin beta-chains and is capable for competition together with the HbA1c of the sample for the amount of a glucose oxidase (GOD)-labelled anti-HbA1c antibody. In the sandwich-type assay haptoglobin (Hp), a natural hemoglobin binding molecule with antibody characteristic properties, was used as bioreceptor for enrichment of total hemoglobin onto the surface. In a subsequent step the HbA1c fraction was quantified by a GOD-labelled HbA1c specific antibody.   Cellulose dialysis membrane was used as the solid support for immobilization of Hp and glkPP near the sensor surface. For activation of the membrane two reagents, 1,1′-carbonyldiimidazole (CDI) and 1-cyano-4-dimethylamino pyridinium tetrafluoroborate (CDAP), were compared with respect to the degree of activation and coupling efficiency. Site-directed immobilization of Hp and glkPP was achieved by coupling Hp via its carbohydrate residue and glkPP via its C-terminus to the activated membrane using a bis-amine or bis-hydrazide spacer.   The affinity membranes were placed in front of a modified Clark-type hydrogen peroxide electrode in an electrochemical measuring cell and HbA1c analysis was carried out within the stirred cell. Detection of the bound GOD-label was achieved by measurement of the electrocatalytic oxidation of hydrogen peroxide at +600 mV vs. Ag/AgCl. The indication was done in only 3 s. For the competitive principle a typical inhibition curve with a linear range between 0,25-30 µg/ml (3,9-465 nM, CV 3-9 %, 60 min per sample) HbA1c was obtained. Due to the high functional stability of the peptide multiple regeneration of the affinity surface was possible without loss of binding capacity. With the sandwich assay configuration the clinically relevant range could easily be covered (calibration curve: 5-50 % HbA1c corresponding to 7,8-78 nM, CV 6-10 %, 3 h per sample).
KW  - Hämoglobin A / Bestimmung / Biosensor / Amperometrie
KW  - Glykiertes Hämoglobin; HbA1c; Diabetes; Biosensor; Immunosensor; Enzymsensor; amperometrisch; elektrochemisch; Immunoassay; Diagnostik; Haptoglobin;
KW  - Glycated hemoglobin; HbA1c; diabetes; biosensor; immunosensor; enzyme sensor; electrochemical; amperometric; immunoassay; diagnostics; haptoglobin; im
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000491
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TY  - THES
A1  - Niedl, Robert Raimund
T1  - Nichtlineare Kinetik und responsive Hydrogele für papierbasierte Schnelltestanwendungen
T1  - Nonlinear kinetics and responsive hydrogels for paperbased point-of-care diagnostics
N2  - Viele klinische Schnelltestsysteme benötigen vorpräparierte oder aufgereinigte Analyte mit frisch hergestellten Lösungen. Fernab standardisierter Laborbedingungen wie z.B. in Entwicklungsländern oder Krisengebieten sind solche Voraussetzungen oft nur unter einem hohen Aufwand herstellbar. 
Zusätzlich stellt die erforderliche Sensitivität die Entwicklung einfach zu handhabender Testsysteme vor große Herausforderungen. 
Autokatalytische Reaktionen, die sich mit Hilfe sehr geringer Initiatorkonzentrationen auslösen lassen, können hier eine Perspektive für Signalverstärkungsprozesse bieten. 

Aus diesem Grund wird im ersten Teil der vorliegenden Arbeit das Verhalten der autokatalytischen Arsenit-Jodat-Reaktion in einem mikrofluidischen Kanal untersucht. Dabei werden insbesondere die diffusiven und konvektiven Einflüsse auf die Reaktionskinetik im Vergleich zu makroskopischen Volumenmengen betrachtet. 

Im zweiten Teil werden thermoresponsive Hydrogele mit einem kanalstrukturierten Papiernetzwerk zu einem neuartigen, kapillargetriebenen, extern steuerbaren Mikrofluidik-System kombiniert. Das hier vorgestellte Konzept durch Hydrogele ein papierbasiertes LOC-System zu steuern, ermöglicht zukünftig die Herstellung von komplexeren, steuerbaren Point-Of-Care Testsystemen (POCT). Durch z.B. einen thermischen Stimulus, wird das Lösungsverhalten eines Hydrogels so verändert, dass die gespeicherte Flüssigkeit freigesetzt und durch die Kapillarkraft des Papierkanals ins System transportiert wird. Die Eigenschaften dieses Gelnetzwerks können dabei so eingestellt werden, dass eine Freisetzung von Flüssigkeiten sogar bei Körpertemperatur möglich wäre und damit eine Anwendung gänzlich ohne weitere Hilfsmittel denkbar ist. Für die Anwendung notwendige Chemikalien oder Enzyme lassen sich hierbei bequem in getrocknetem Zustand im Papiersubstrat vorlagern und bei Bedarf in Lösung bringen.

Im abschließenden dritten Teil der Arbeit wird ein durch Hydrogele betriebener, Antikörper-basierter Mikroorganismenschnelltest für Escherichia coli präsentiert. Darüber hinaus wird weiterführend eine einfache Methode zur Funktionalisierung eines Hydrogels mit Biomolekülen über EDC/NHS-Kopplung vorgestellt.
N2  - Many test systems for clinical applications require well-prepared or purified analytes. Far away from a laboratory environment, for example in developing countries or crisis regions, such prerequisites are often difficult to establish. Furthermore, the required sensitivity poses a considerable challenge for the development of easy-to-use test systems. . Autocatalytic reactions, which are which are highly sensitive to small initiator concentrations, may offer promising solutions to this problem.

For this reason, in the first part of this thesis, the behavior of the autocatalytic arsenit-iodate-clock reaction is studied in a microfluidic environment. Especially the influence of diffusive and convective effects on the kinetics of the reaction were examined and compared to reaction conditions in macroscopic volumes.

In the second part thermoresponsive hydrogels and a microstructured papersubstrate are combined to a externally controllable, new microfluidic system driven by capillary force. This offers new opportunities to integrate more complex analytic procedures in small point-of-care devices. For example, initiated by a thermal stimulus, the solubility of the hydrogel network is changed, so that the stored liquid is released and transported into the paper device, driven by capillary forces. The properties of thermoresponsive hydrogels can be tuned in such a way that the liquid release is triggered already by body temperature, so that no pumps or tubings are required anymore for usage. Furthermore chemicals and enzymes can be stored in the paper channels under dried conditions for a long time. Upon operation of the device, they can be taken up by the liquid released from the hydrogel reservoirs when needed.

Finally, in the third part of this work, a rapid, easy-to-use hydrogel-driven test system for Escherichia coli is presented, based on an antibody assay.  Futhermore a simple method for biofunctionalization of a hydrogel of a hydrogel based on EDC/NHS coupling will be introduced.
KW  - Hydrogel
KW  - papierbasiert
KW  - Mikrofluidik
KW  - HPµF
KW  - POCT
KW  - Pathogenerkennung
KW  - thermoresponsive
KW  - hydrogel
KW  - paperbased
KW  - POCT
KW  - nonlinear
KW  - chemical clock
KW  - biomolecule
KW  - functionalization
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77735
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TY  - THES
A1  - Wagner, Karen
T1  - nTOBEC - eine neue Methode zur Erfassung der Körperzusammensetzung
T1  - nTOBEC - a new method to estimate the human body composition
N2  - Als Resultat überhöhter Energieaufnahme und zu geringen Energieverbrauchs beobachten wir eine über das normale Maß hinausgehende Akkumulation von Fettgewebe, die sich als Adipositas manifestiert. Sie gilt als einer der Hauptrisikofaktoren für Krankheiten des metabolischen Syndroms. Im Rahmen von Prävention, Diagnose und Therapie der Adipositas, muss ihr wesentliches Charakteristikum; der individuelle Körperfettanteil; einer Messung zugänglich gemacht werden. Eine direkte Bestimmung der Körperzusammensetzung erlauben die Neutronenaktivierungsanalyse und die chemische Analyse. Beide Verfahren sind sehr genau, aber aufwendig und kostenintensiv und darüber hinaus die chemische Analyse nur am menschlichen Cadaver praktizierbar. Um dennoch die Körperzusammensetzung hinreichend genau bestimmen zu können, wurden zahlreiche indirekte Messverfahren entwickelt. Man kann sie in Labor- und Feldmethoden untergliedern. Die Labormethoden bestechen durch hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, sind aber zumeist aufwendig und teuer. Feldmethoden sind im Gegensatz dazu leicht anwendbar, transportabel und preiswert, weisen aber eine weniger hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auf. In der vorgestellten Arbeit wird über eine jüngere Entwicklung, die das Prinzip der unterschiedlichen Leitfähigkeit für den elektrischen Strom durch die verschiedenen Gewebe des Körpers nutzt, berichtet. Der Prototyp eines Gerätes wurde innerhalb eines von der EU geförderten multizentrischen Projekts entwickelt und auf seine Einsatzfähigkeit und Qualität hin geprüft. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Einschätzung der Körperzusammensetzung normal- und übergewichtiger Probanden mit der neu entwickelten Technik. Das vorliegende Studiendesign diente nicht nur der Beurteilung der neuen Technik die Körperzusammensetzung und Veränderungen dieser zu erfassen, sondern darüber hinaus, etablierte Methoden hinsichtlich ihrer Genauigkeit zu bewerten. Bezüglich ihrer Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit hat die neue Methode Hoffnung geweckt, sich als eine Feldmethode zu etablieren. Auf der anderen Seite zeigte sich in Abhängigkeit der Gesamtkörperfettmasse eine Überschätzung der Zielgröße im Vergleich zur Referenzmethode (dual energy x ray absorptiometry (DXA)). Die Abweichungen waren dabei gerade für das einzelne Individuum sehr groß. Technische Verbesserungen und die Entwicklung spezifischer Regressionsgleichungen könnten in Zukunft zu einer wesentlichen Verbesserung der neuen Methode beitragen. Die Labormethode "Air Displacement Plethysmography" konnte durch die guten Übereinstimmungen der Ergebnisse mit denen der Referenzmethode DXA und die einfache Anwendung überzeugen. Sie stellt eine durchaus konkurrenzfähige Alternative zur Hydrodensitometrie dar, die noch heute als "goldener Standard" zur Erfassung der Körperzusammensetzung akzeptiert wird. Im Verlauf der durchgeführten Studie stellte sich heraus, dass die Hydrodensitometrie sehr hohe Anforderungen an den Probanden stellt. Das Untertauchen des gesamten Körpers unter Wasser in Kombination mit einer maximalen Ausatmung erwies sich als sehr problematisch. Die dabei auftretenden Fehler schlugen sich in der Berechnung der Gesamtkörperfettmasse des einzelnen Individuums wieder und führten zu zum Teil erheblichen Abweichungen der Ergebnisse von denen der Referenzmethode. Die Feldmethoden bioelektrische Impedanzanalyse und Hautfaltendickenmessung erwiesen sich als kostengünstige und leicht anwendbare Methoden. Die Ergebnisse beider Methoden stimmten im Mittel gut mit den Ergebnissen der Referenzmethoden überein. Dennoch zeigte die BIA größere Abstriche in der Beurteilung der Gesamtkörperfettmasse des einzelnen Individuums und bei der Dokumentation von Veränderungen der Gesamtkörperfettmasse. Die Hautfaltendickenmessung stellt – wendet man sie korrekt an – eine Methode dar, die sowohl die Gesamtkörperfettmasse als auch Veränderungen dieser gut erfassen kann. In Abhängigkeit der geforderten Genauigkeit kann diese Methode für die Erfassung der Körperzusammensetzung empfohlen werden. Demnach bleibt die Frage unbeantwortet, inwieweit die indirekten Methoden in der Lage sind, die "wahre" Körperzusammensetzung adäquat zu erfassen. Jede neu entwickelte Methode – die möglichst viele Vorteile in sich vereint – wird wieder vor dem Problem stehen: eine geeignete und dabei praktikable Referenzmethode zu finden, die die wahre Körperzusammensetzung zu bestimmen in der Lage ist. Daher sollte neben dem Streben nach der Entwicklung einer Methode, die genau und leicht anwendbar ist, das Hauptaugenmerk auf die Überarbeitung der zugrunde liegenden Modellvorstellungen und die Verbesserung von Regressionsgleichungen gelegt werden.
N2  - Western industrial countries are characterized by sedentary lifestyle and a high-fat and simple carbohydrate diet. Decrease physical activity and increase energy intake are leading to an epidemic increase of overweight and obesity. Obesity is defined as the presence of excess adipose tissue and has been associated with an increased risk for diseases of the metabolic syndrome. Thus, the importance of obtaining reliable and accurate body fat estimates is essential not only for the prevention, but also for the diagnosis and therapy of obesity. Direct chemical analysis is the most definitive method for determining human body composition. The few data obtained on the composition of adult bodies stemmed from cadaver analyses, dated back to 1945 and 1956. These results contributed greatly to the actual fundamental knowledge about human body composition. Obviously, the method is limited by the precondition of needing the human cadaver and the high complexity of the analyses. Because of this limitation, indirect methods have been developed during the last decades. To date more than ten methods to estimate body composition in vivo are available. The methods can be generally organized into two groups: laboratory and fields methods. Laboratory methods have high accuracy and reproducibility, but are complex and very expensive, whereas field methods are easy to use and economically priced, but less accurate. A new device that combines the positive features of both, laboratory and field methods is needed . An already existing method - Total Body Electrical Conductivity (TOBEC) - meets the requirements for such new device. The technique is based on the principle, that lean tissue is far more electrically conductive than fat, due to the higher content of electrolytes in the fat-free mass. The difference between impedance when a subject is inside and outside of the generated field is an index of the total electrical conductivity of the body, which, in turn is proportional to the lean body mass of the subject. Within the European Project BodyLife (IST - 2000 - 25410) a new field method for estimation the human body composition was developed. To assess the suitability of the new technique the present study aimed to evaluate the reliability of nTOBEC and to validate it against established laboratory and field methods. Within the project the development of the new method (nTOBEC) succeeded to combine the TOBEC-principle, and additionally, to be transportable and easy to use. The high reliability coefficients found in this investigation indicate that nTOBEC is an extremely reliable instrument. By application the new technique we observed a significant overestimation of total body fat mass compared the reference method dual energy x ray absorptiometry (DXA) in both, males and females. However, nTOBEC could document changes in total body fat mass during a weight loss intervention trial. Our data suggest nTOBEC deserves further investigation with the intention of establishing nTOBEC as a non-invasive method for accurately quantifying total body fat mass. Aside from these results we observed accurate results for the easy to use laboratory method "air displacement plethysmography" compared to the results measured by DXA. Furthermore, the field methods - bioelectrical impedance analysis and skinfold thickness measurement – produced good results compared to the reference method.
KW  - Fettsucht
KW  - Metabolisches Syndrom
KW  - Körperfett
KW  - Körperzusammensetzung
KW  - adiposity
KW  - metabolic syndrom
KW  - human body composition
KW  - total body fat
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5702
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TY  - THES
A1  - Osterloh-Quiroz, Mandy
T1  - Optimierung der Expressionsstärke von fremdstoffmetabolisierenden Enzymen in Bakterien und permanenten Zellkulturen für toxikologische Untersuchungen
T1  - Optimization of xenobiotic-metabolizing enzyme expression in bacteria and cell culture for toxicological investigations
N2  - Die Enzymsuperfamilie der löslichen Sulfotransferasen (SULT) spielt eine wichtige Rolle in der Phase II des Fremdstoffmetabolismus. Sie katalysieren den Transfer einer Sulfonylgruppe auf nucleophile Gruppen endogener und exogener Substrate. Die Sulfokonjugation von Fremdstoffen erhöht deren Wasserlöslichkeit und behindert die passive Permeation von Zellmembranen. Dadurch wird die Ausscheidung dieser konjugierten Substanzen erleichtert. In Abhängigkeit von der Struktur des Zielmoleküls kann die Sulfokonjugation aber auch zur metabolischen Aktivierung von Fremdstoffen durch die Bildung instabiler Metabolite führen. Die SULT-vermittelte Aktivierung promutagener Substanzen ist somit von toxikologischem Interesse. Für die Detektion SULT-vermittelter Mutagenität mittels bakterieller in-vitro Testsysteme ist die heterologe Expression der fremdstoffmetabolisierenden Enzyme direkt in den Indikatorzellen notwendig. S. typhimurium exprimieren selbst keine SULT, und externe Metabolisierungssysteme sind problematisch, weil die negativ geladenen, kurzlebigen Metabolite nur schlecht die Zellmembran penetrieren können. Die Expression humaner Enyme in Bakterien ist jedoch zum Teil sehr kritisch. So zeigen z.B. sehr ähnliche Enzyme (SULT1A2*1 und *2) deutliche Unterschiede im Expressionsniveau bei exakt gleichen äußeren Bedingungen. Dies erschwert den Vergleich der enzymatischen Aktivitäten dieser Enzyme im in-vitro Testsystem. Andere Enzyme (z.B. SULT2B1b) werden unter Verwendung ihrer Wildtyp-cDNA zum Teil nicht detektierbar exprimiert. Deshalb sollte in dieser Arbeit eine Methode zur Optimierung der heterologen Expression fremdstoffmetabolisierender Enzyme für Genotoxizitätsuntersuchungen etabliert werden.  Es wurde bereits gezeigt dass synonyme Codonaustausche am 5’-Ende der humanen SULT1A2-cDNA zu einer Erhöhung der Expression des entsprechenden Enzyms in S. typhimurium führten. Dementsprechend wurden in dieser Arbeit Codonaustausche am 5’-Ende der cDNA verschiedener SULT (1A1*1, 1A2*1, 2B1b) sowie der Ratten Glutathion-S-Transferase Theta 2 (rGSTT2) und dem Reportergen Luciferase durchgeführt. Die Expression der so generierten Konstrukte wurde in verschiedenen S. typhimurium und E. coli Stämmen quantifiziert und die Aktivität der überexprimierten Enzyme im Ames-Test bzw. im Enzym-Aktivitätsassay überprüft. Durch das Einführen seltener Codons in die cDNA konnte die Proteinexpression von SULT1A1*1, SULT1A2*1 und SULT2B1b maximal 7-fach, 18-fach und 100-fach im Vergleich zur Wildtyp-cDNA gesteigert werden. Die Expression der rGSTT2 wurde ebenfalls durch das Einführen seltener Codons erhöht (maximal 5-fach). Bei dem Reportergen Luciferase jedoch führte das Austauschen häufiger Codons gegen seltene Codons zu einer Reduktion der Proteinexpression um 80 %. Die Expression von Fusionsproteinen aus 2B1b (5’-Ende) und Luciferase (3’-Ende) wurde durch das Einführen seltener Codons ebenfalls um 50 % reduziert. Die S. typhimurium Stämme mit optimierter SULT 1A1*1- bzw. 1A2*1-Expression wurden im Ames-Test eingesetzt und zeigten im Vergleich zu den geringer exprimierenden Stämmen eine höhere Sensitivität. Für SULT2B1b konnte keine Mutagenaktivierung im Ames-Test nachgewiesen werden. Allerdings zeigte ein Enzym-Aktivitätsassay mit Dehydroepiandosteron, dass das bakteriell exprimierte Enzym funktionell war. Da in der Literatur der Effekt seltener Codons auf die Expression in Bakterien bisher fast ausschließlich als inhibitorisch beschrieben wurde, sollte die Wirkungsweise der hier beobachteten Expressionserhöhung durch seltene Codons genauer untersucht werden. Dazu wurden verschiedene Konstrukte der SULT1A2*1 und der SULT2B1b, die unterschiedlich viele seltene Codons in verschiedenen Kombinationen besaßen, hergestellt. Es konnten jedoch keine einzelnen Codons, die für die Expressionssteigerung allein verantwortlich waren, identifiziert werden. Die Plasmidkopienzahl in den verschiedenen SULT2B1b-Klonen war konstant und die SULT2B1b-mRNA-Konzentration zeigte nur moderate Schwankungen, die nicht als Ursache für die dramatische Erhöhung der SULT2B1b-Expression in Frage kommen. Die berechnete Stabilität der potentiellen mRNA-Sekundärstrukturen wurde durch die seltenen Codons häufig stark gesenkt und ist als eine mögliche Ursache für die Expressionssteigerung anzusehen. Zusätzlich erhöhten die seltenen Codons den Consensus der Downstream Box zur 16S rRNA, was ebenfalls eine Ursache für die Expressionssteigerung sein kann.  In dieser Arbeit konnte somit die Expression der humanen SULT1A1*1, 1A2*1 und der 2B1b sowie der rGSTT2 erfolgreich mittels synonymer Codonaustausche erhöht werden. Die so optimierten S. typhimurium Stämme zeigten im Ames-Test eine erhöhte Sensitivität gegenüber SULT aktivierten Promutagenen bzw. erhöhte Aktivität in spezifischen Enymaktivitätsassays.
N2  - The enzyme super familiy of human sulfotransferases (SULT) plays an important role in phase II metabolism of xenobiotics. They catalyze the transfer of a sulfonyl moiety to nucleophilic groups of endogenous and exogenous substrates. Sulfoconjugation of xenobiotics facilitates their excretion by increasing the water solubility and inhibiting passive permeation of cell membranes. Depending on the molecular structure of the substance, sulfonation can also lead to metabolic activation. Highly reactive resonance-stabilized carbenium- and nitrenium-ions that are able to covalently bind to cellular nucleophiles, e.g. DNA, can be formed. Thus, SULT-mediated activation of promutagenic compounds is of toxicological interest. The detection of SULT-mediated mutagenicity in bacterial in-vitro testsystems (e.g. S. typhimurium) requires the heterologous expression of xenobiotic-metabolizing enzymes directly in these indicator cells. S. typhimurium do not express endogenous SULT and external metabolic systems are problematic as penetration of cell membranes is hampered for charged and short-lived metabolites. But the expression of human enzymes in bacteria can be problematic too. SULT1A2*1 and *2 for instance are allelic variants that differ only in two amino acids. However, using the same experimental conditions strong differences in their expression level have been observed. This complicates the comparison of the mutagenic activities of the polymorphic enzymes in the in-vitro test system. Other enzymes (e.g. SULT2B1b) show no detectable expression in bacteria when their genuine cDNA obtained from human tissues is used. Therefore, the aim of this study was to to optimize protein levels of heterologously expressed xenobiotic-metabolizing enzymes in indicator cells for mutagenicity testing.  So far it has been shown that synonymous codon-exchanges at the 5’end of human SULT1A2-cDNA led to an enhanced expression of the corresponding enzyme in S. typhimurium. Accordingly, codon-exchanges at the 5’end of SULT1A1*1, -1A2*1, -2B1b, rat glutathione-S-transferase theta 2 (rGSTT2) and the reportergene luciferase were conducted. The expression of the resulting constructs was quantified in S. typhimurium and E. coli using specific antibodies and activity of the overexpressed enzymes was proved by Ames test and enzyme activity assays. The introduction of low-usage codons at the 5’end of SULT1A1*1, -1A2*1 and -2B1b cDNA led to a 7-, 18- and 100-fold increase of expression level, respectively. Expression of rGSTT2 was 5-fold enhanced after the introduction of low-usage codons. In contrast, the introduction of low-usage codons into the luciferase cDNA resulted in a decrease of protein expression up to 80 %. Fusionproteins of SULT2B1b (5’end) and luciferase (3’end) showed a reduction of protein expression about 50 % after the introduction of low-usage codons. S. typhimurium strains with optimized SULT1A1*1 and -1A2*1 expression were used in the Ames test and showed a higher sensitivity compared to the lower expressing strains. For SULT2B1b no mutagen-activation could be detected in the Ames test, but enzyme activity was proved through Dehydroepiandosterone sulfation in vitro.  Since an inhibitory effect of low-usage codons on expression in bacteria was described in literature, the enhancement of expression after the introduction of low-usage codons observed in this study was analyzed more in detail. Various constructs of SULT1A2*1 and -2B1b cDNAs containing different numbers and combinations of synonymous low-usage codons were generated. No single codon that was responsible for the enhanced expression could be identified. Plasmid copy number of different SULT2B1b constructs was unchanged and SULT2B1b-mRNA showed only moderate variations that could not explain the strong enhancement of SULT2B1b expression. Calculations suggested that the stability of potential mRNA secondary structures was reduced due to the introduction of low-usage codons. Moreover, the consensus of the downstream box and the 16S rRNA was increased. Both effects probably improved the efficiency of translation and thereby increased the yield of protein expression.  In this study the heterologous expression of SULT1A1*1, -1A2*1, -2B1b and rGSTT2 could be enhanced by the introduction of synonymous low-usage codons. The optimized S. typhimurium strains showed higher activities in enzyme assays with specific substrates and an increased sensitivity towards SULT-activated promutagens.
KW  - Mutagenität
KW  - Bioaktivierung
KW  - Sulfotransferasen
KW  - Codon Usage
KW  - Mutagenität
KW  - Bioaktivierung
KW  - Sulfotransferasen
KW  - Codon Usage
KW  - mutagenicity
KW  - bioactivation
KW  - sulfotranferases
KW  - codon usage
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-8945
ER  - 
TY  - THES
A1  - Breitenstein, Michael
T1  - Ortsaufgelöster Aufbau von DNA-Nanostrukturen auf Glasoberflächen
T1  - Assembly of DNA nanostructures on glass surfaces
N2  - Im Fokus dieser Arbeit stand der Aufbau einer auf DNA basierenden Nanostruktur. Der universelle Vier-Buchstaben-Code der DNA ermöglicht es, Bindungen auf molekularer Ebene zu adressieren. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der DNA prädestinieren dieses Makromolekül für den Einsatz und die Verwendung als Konstruktionselement zum Aufbau von Nanostrukturen. Das Ziel dieser Arbeit war das Aufspannen eines DNA-Stranges zwischen zwei Fixpunkten. Hierfür war es notwendig, eine Methode zu entwickeln, welche es ermöglicht, Funktionsmoleküle als Ankerelemente ortsaufgelöst auf eine Oberfläche zu deponieren. Das Deponieren dieser Moleküle sollte dabei im unteren Mikrometermaßstab erfolgen, um den Abmaßen der DNA und der angestrebten Nanostruktur gerecht zu werden. Das eigens für diese Aufgabe entwickelte Verfahren zum ortsaufgelösten Deponieren von Funktionsmolekülen nutzt das Bindungspaar Biotin-Neutravidin. Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops (AFM) wurde eine zu einem „Stift“ umfunktionierte Rasterkraftmikroskopspitze so mit der zu deponierenden „Tinte“ beladen, dass das Absetzen von Neutravidin im unteren Mikrometermaßstab möglich war. Dieses Neutravidinmolekül übernahm die Funktion als Bindeglied zwischen der biotinylierten Glasoberfläche und dem eigentlichen Adressmolekül. Das somit generierte Neutravidin-Feld konnte dann mit einem biotinylierten Adressmolekül durch Inkubation funktionalisiert werden. Namensgebend für dieses Verfahren war die Möglichkeit, Neutravidin mehrmals zu deponieren und zu adressieren. Somit ließ sich sequenziell ein Mehrkomponenten-Feld aufbauen. Die Einschränkung, mit einem AFM nur eine Substanz deponieren zu können, wurde so umgangen. Ferner mußten Ankerelemente geschaffen werden, um die DNA an definierten Punkten immobilisieren zu können. Die Bearbeitung der DNA erfolgte mit molekularbiologischen Methoden und zielte darauf ab, einen DNA-Strang zu generieren, welcher an seinen beiden Enden komplementäre Adressequenzen enthält, um gezielt mit den oberflächenständigen Ankerelementen binden zu können. Entsprechend der Geometrie der mit dem AFM erzeugten Fixpunkte und den oligonukleotidvermittelten Adressen kommt es zur Ausbildung einer definierten DNA-Struktur. Mit Hilfe von fluoreszenzmikroskopischen Methoden wurde die aufgebaute DNA-Nanostruktur nachgewiesen. Der Nachweis der nanoskaligen Interaktion von DNA-bindenden Molekülen mit der generierten DNA-Struktur wurde durch die Bindung von PNA (peptide nucleic acid) an den DNA-Doppelstrang erbracht. Diese PNA-Bindung stellt ihrerseits ein funktionales Strukturelement im Nanometermaßstab dar und wird als Nanostrukturbaustein verstanden.
N2  - The main aim of this work was the development of a DNA-based nanostructure. The universal four-letter code of DNA allows addressing bonds at the molecular level. The chemical and physical property of DNA makes this macromolecule an ideal candidate as a construction element for nanostructures. The aim of this work was to span a DNA strand between two fixed points. For this purpose it was necessary to develop a method which makes it possible to deposit functional molecules as anchoring elements with highly spatial resolution on a surface. These molecules should be immobilized on the lower micrometer scale to meet the requirements of the desired nanostructure. The method that has been developed for this task, which enables to deposit functional molecules, uses the binding pair biotin-neutravidin. Using the tip of an atomic force microscope (AFM), which can be uses like a pen, it was possible to deposit neutravidin on the lower micrometer scale. This neutravidin molecule is the linking element between the biotinylated glass surface and the actual address molecule. The thus generated neutravidin field could then be functionalized with a biotinylated molecule by incubation. The method has been published as sequential spotting method because it enables a sequential functionalization of neutravidin after it has been deposited. It was so possible to build up a multi-component array. The limitation of being able to deposit only one single substance with an AFM has been circumvented. It also was necessary to create anchor elements in order to immobilize the DNA at defined positions. The processing of the DNA was carried out using molecular biological methods and aimed at generating a DNA strand, which at both ends has a complementary sequence for binding to the surface bound anchor elements. The defined structure is a result of the geometry of the fixed points, generated by the AFM. Using fluorescence microscopy, the constructed DNA nanostructure was detected. The proof of the interaction of DNA-binding molecules with the DNA structure was carried out by the binding of PNA (peptide nucleic acid), which is capable of binding to double stranded DNA. The PNA and its DNA-interaction is a functional building block in the nanometer scale and can be regarded as a promising nanostructure.
KW  - Nanostruktur
KW  - DNA
KW  - Rasterkraftmikroskop
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Oberflächenfunktionalisierung
KW  - nanostructure
KW  - DNA
KW  - atomic force microscope
KW  - fluorescence microscopy
KW  - surface chemistry
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61857
ER  -