@phdthesis{Gibert2021,
  author    = {Gibert, Arthur},
  title     = {Influence of Amyloid Aggregates on the Trafficking and Signaling of GPCRs},
  doi       = {10.25932/publishup-50665},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-506659},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {100},
  year      = {2021},
  abstract  = {The prevalence of diseases associated with misfolded proteins increases with age. When cellular defense mechanisms become limited, misfolded proteins form aggregates and may also develop more stable cross-β structures ultimately forming amyloid aggregates. Amyloid aggregates are associated with neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and Huntington's disease. The formation of amyloid deposits, their toxicity and cellular defense mechanisms have been intensively studied. However, surprisingly little is known about the effects of protein aggregates on cellular signal transduction. It is also not understood whether the presence of aggregation-prone, but still soluble proteins affect signal transduction. In this study, the still soluble aggregation-prone HttExon1Q74 and its amyloid aggregates were used to analyze the effect of amyloid aggregates on internalization and receptor activation of G protein-coupled receptors (GPCRs), the largest protein family of mammalian cell surface receptors involved in signal transduction. The aggregated HttExon1Q74, but not its soluble form, could inhibit ligand-induced clathrin-mediated endocytosis (CME) of various GPCRs. Most likely this inhibitory effect is based on a terminal sequestration of the HSC70 chaperone to the aggregates which is necessary for CME. Using the vasopressinV1a receptor (V1aR) and the corticotropin-releasing factor receptor 1 (CRF1R) as a model, it could be shown that the presence of HttExon1Q74 aggregates and the inhibition of ligand-induced CME leads to an accumulation of desensitized receptors at the plasma membrane. In turn, this disrupts Gq-mediated Ca2+ signaling and Gs-mediated cAMP signaling of the V1aR and the CRF1R respectively. In contrast to HttExon1Q74 amyloid aggregates, soluble HttExon1Q74 as well as amorphous aggregates did not inhibit GPCR internalization and signaling demonstrating that cellular signal transduction mechanisms are specifically impaired in response to the formation of amyloid aggregates. In addition, preliminary experiments could show that HttExon1Q74 aggregates provoke an increase in membrane expression of a protein from a structurally and functionally unrelated membrane protein family, namely the serotonin transporter SERT. As SERT is the main pharmacological target to treat depression this could shed light on this commonly occurring comorbidity in neurodegenerative diseases, in particular in early disease states.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Roeser2012,
  author    = {R{\"o}ser, Claudia},
  title     = {Charakterisierung der Serotonin-Rezeptoren in den Speicheldr{\"u}sen von Calliphora vicina},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61486},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die F{\"a}higkeit, mit anderen Zellen zu kommunizieren, ist eine grundlegende Eigenschaft aller lebenden Zellen und essentiell f{\"u}r die normale Funktionsweise vielzelliger Organismen. Die Speicheldr{\"u}sen der Schmeißfliege Calliphora vicina bilden ein ausgezeichnetes physiologisches Modellsystem um zellul{\"a}re Signaltransduktionsprozesse an einem intakten Organ zu untersuchen. Die Speichelsekretion wird dabei hormonell durch das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin; 5-HT) reguliert. 5-HT aktiviert in den sekretorischen Zellen der Dr{\"u}sen {\"u}ber die Bindung an mindestens zwei membranst{\"a}ndige G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) zwei separate Signalwege, den IP3/Ca2+- und den cAMP-Signalweg. Zur Identifizierung und Charakterisierung der 5-HT-Rezeptoren in den Speicheldr{\"u}sen von Calliphora wurden unter Anwendung verschiedener Klonierungsstrategien zwei cDNAs (Cv5-ht2α und Cv5-ht7) isoliert, die große {\"A}hnlichkeit zu 5-HT2- und 5-HT7-Rezeptoren aus S{\"a}ugetieren aufweisen. Die Hydropathieprofile der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenzen postulieren die f{\"u}r GPCRs charakteristische heptahelikale Architektur. Alle Aminos{\"a}uremotive, die f{\"u}r die Ligandenbindung, die Rezeptoraktivierung und die Kopplung an G-Proteine essentiell sind, liegen konserviert vor. Interessanterweise wurde f{\"u}r den Cv5-HT7-Rezeptor eine zus{\"a}tzliche hydrophobe Dom{\"a}ne im N Terminus vorhergesagt. Die Cv5-HT2α-mRNA liegt in zwei alternativ gespleißten Varianten vor. Mittels RT-PCR-Experimenten konnte die Expression beider Rezeptoren in Gehirn und Speicheldr{\"u}sen adulter Fliegen nachgewiesen werden. Ein Antiserum gegen den Cv5-HT7 Rezeptor markiert in den Speicheldr{\"u}sen die basolaterale Plasmamembran. Die Expression der Rezeptoren in einem heterologen System (HEK 293-Zellen) best{\"a}tigte diese als funktionelle 5-HT Rezeptoren. So f{\"u}hrte die Stimulation mit Serotonin f{\"u}r den Cv5-HT2α zu einer dosis-abh{\"a}ngigen Erh{\"o}hung der intrazellul{\"a}ren Ca2+ Konzentration ([Ca2+]i, EC50 = 24 nM). In Cv5-HT7-exprimierenden Zellen l{\"o}ste 5-HT dosisabh{\"a}ngig (EC50 = 4,1 nM) einen Anstieg der intrazellul{\"a}ren cAMP Konzentration ([cAMP]i) aus. F{\"u}r beide heterolog exprimierten Rezeptoren wurden pharmakologische Profile erstellt. Liganden, die eine Rezeptorsubtyp-spezifische Wirkung vermuten ließen, wurden daraufhin auf ihre Wirkung auf das transepitheliale Potential (TEP) intakter Speicheldr{\"u}senpr{\"a}parate getestet. Drei 5-HT-Rezeptoragonisten: AS 19, R-(+)-Lisurid und 5-Carboxamidotryptamin f{\"u}hrten zu einer cAMP-abh{\"a}ngigen Positivierung des TEP durch eine selektive Aktivierung der 5 HT7-Rezeptoren. Eine selektive Aktivierung des Ca2+-Signalweges durch den Cv5-HT2 Rezeptor ist mit Hilfe von 5-Methoxytryptamin m{\"o}glich. Dagegen konnte Clozapin im TEP als selektiver Cv5-HT7-Rezeptorantagonist best{\"a}tigt werden. Die Kombination eines molekularen Ansatzes mit physiologischen Messungen erm{\"o}glichte somit die Identifikation selektiver Liganden f{\"u}r 5-HT2- bzw. 5-HT7-Rezeptoren aus Calliphora vicina. Dies erm{\"o}glicht zuk{\"u}nftig eine separate Aktivierung der 5-HT-gesteuerten Signalwege und erleichtert dadurch die weitere Erforschung der intrazellul{\"a}ren Signalwege und ihrer Wechselwirkungen.},
  language  = {de}
}
@misc{BlenauHauserCazzamalietal.2006,
  author    = {Blenau, Wolfgang and Hauser, Frank and Cazzamali, Giuseppe and Williamson, Michael and Grimmelikhuijzen, Cornelis J. P.},
  title     = {A review of neurohormone GPCRs present in the fruitfly Drosophila melanogaster and the honey bee Apis mellifera},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-44326},
  year      = {2006},
  abstract  = {G protein-coupled receptor (GPCR) genes are large gene families in every animal, sometimes making up to 1-2\% of the animal's genome. Of all insect GPCRs, the neurohormone (neuropeptide, protein hormone, biogenic amine) GPCRs are especially important, because they, together with their ligands, occupy a high hierarchic position in the physiology of insects and steer crucial processes such as development, reproduction, and behavior. In this paper, we give a review of our current knowledge on Drosophila melanogaster GPCRs and use this information to annotate the neurohormone GPCR genes present in the recently sequenced genome from the honey bee Apis mellifera. We found 35 neuropeptide receptor genes in the honey bee (44 in Drosophila) and two genes, coding for leucine-rich repeats-containing protein hormone GPCRs (4 in Drosophila). In addition, the honey bee has 19 biogenic amine receptor genes (21 in Drosophila). The larger numbers of neurohormone receptors in Drosophila are probably due to gene duplications that occurred during recent evolution of the fly. Our analyses also yielded the likely ligands for 40 of the 56 honey bee neurohormone GPCRs identified in this study. In addition, we made some interesting observations on neurohormone GPCR evolution and the evolution and co-evolution of their ligands. For neuropeptide and protein hormone GPCRs, there appears to be a general co-evolution between receptors and their ligands. This is in contrast to biogenic amine GPCRs, where evolutionarily unrelated GPCRs often bind to the same biogenic amine, suggesting frequent ligand exchanges ("ligand hops") during GPCR evolution. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Thamm2009,
  author    = {Thamm, Markus},
  title     = {Charakterisierung der Serotonin-Rezeptoren der Honigbiene Apis mellifera : von den Genen zum Verhalten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-40736},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2009},
  abstract  = {Das serotonerge System besitzt sowohl bei Invertebraten als auch bei Vertebraten eine große Bedeutung f{\"u}r die Kontrolle und Modulation vieler physiologischer Prozesse und Verhaltensleistungen. Bei der Honigbiene Apis mellifera spielt Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) eine wichtige Rolle bei der Arbeitsteilung und dem Lernen. Die 5-HT-Rezeptoren, die {\"u}berwiegend zur Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) geh{\"o}ren, besitzen eine Schl{\"u}sselstellung f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der molekularen Mechanismen der serotonergen Signalweiterleitung. Ziel dieser Arbeit war es, 5-HT-Rezeptoren der Honigbiene zu charakterisieren. Dazu z{\"a}hlt die Identifizierung der molekularen Struktur, die Ermittlung der intrazellul{\"a}ren Signalwege, die Erstellung von pharmakologischen Profilen, die Ermittlung der Expressionsmuster und die Ermittlung der physiologischen Funktionen der Rezeptoren. Mit Hilfe der Informationen aus dem Honey Bee Genome Project, konnten drei RezeptorcDNAs kloniert werden. Vergleiche der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenzen mit den Aminos{\"a}uresequenzen bereits charakterisierter Rezeptoren legten nahe, dass es sich dabei um einen 5-HT1- (Am5-HT1) und zwei 5-HT2-Rezeptoren (Am5-HT2α und Am5-HT2β) handelt. Die strukturelle Analyse der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenz dieser Rezeptoren postuliert das Vorhandensein der charakteristischen heptahelikalen Architektur von GPCRs und zeigt starkkonservierte Motive, die bedeutend f{\"u}r die Ligandenbindung, die Rezeptoraktivierung und die Kopplung an G-Proteine sind. F{\"u}r die beiden 5 HT2-Rezeptoren konnte zudem alternatives Spleißen nachgewiesen werden. Mit den cDNAs des Am5-HT1- und des Am5-HT2α-Rezeptors wurden HEK293-Zellen stabil transfiziert und anschließend die Rezeptoren funktionell und pharmakologisch analysiert. Am5-HT1 hemmt bei Aktivierung abh{\"a}ngig von der 5-HT-Konzentration die cAMPProduktion.Die Substanzen 5-Methoxytryptamin (5-MT) und 5-Carboxamidotryptamin konnten als Agonisten identifiziert werden. Methiothepin dagegen blockiert die 5-HTWirkung vollst{\"a}ndig. Prazosin und WAY100635 stellen partielle Antagonisten des Am5-HT1-Rezeptors dar. Der Am5-HT2_-Rezeptor stimuliert bei Aktivierung die Synthese des sekund{\"a}ren Botenstoffs Inositoltrisphosphat, was wiederum zu einer messbaren Erh{\"o}hung der intrazellul{\"a}ren Ca2+-Konzentration f{\"u}hrt. 5-MT und 8-OH-DPAT zeigen eine deutliche agonistische Wirkung auf Am5-HT2α. Dagegen besitzen Clozapin, Methiothepin, Mianserin und Cyproheptadin die F{\"a}higkeit, die 5-HT-Wirkung um 51-64 \% zu vermindern. Die bereits erw{\"a}hnte alternative Spleißvariante von Am5-HT2α wurde ebenfalls in HEK293-Zellen exprimiert und analysiert, scheint jedoch eigenst{\"a}ndig nicht funktionell zu sein. Gegen die dritte cytoplasmatische Schleife (CPL3) wurde ein polyklonales Antiserum generiert. Dieses erkennt in Western-Blot-Analysen ein Protein mit einer Masse von ca. 50 kDa. Durch immunhistochemische Analysen am Bienengehirn wurde die Verteilung des Rezeptors genauer untersucht. Dabei zeigten die optischen Neuropile, besonders die Lamina und die Ocellarnerven, stets eine starke Markierung. Außerdem wird der Rezeptor in den α- und β-Loben sowie der Lippe, dem Basalring und dem Pedunculus der Pilzk{\"o}rper exprimiert. Doppelmarkierungen zeigen stets eine enge Nachbarschaft von serotonergen Fasern und dem Am5-HT1-Rezeptor. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der Am5-HT1-Rezeptor sehr wahrscheinlich an der Regulation des phototaktischen Verhalten der Honigbiene beteiligt ist. Verf{\"u}tterung von 5-HT hat eine deutlich negative Wirkung auf das phototaktischen Verhalten. Diese kann durch den Am5-HT1-Rezeptor-Agonisten 5-CT imitiert werden. Schließlich konnte gezeigt werden, dass der Am5-HT1-Antagonist Prazosin die 5-HT-Wirkung deutlich vermindern kann.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmidt2009,
  author    = {Schmidt, Antje},
  title     = {Untersuchung des Recyclings Kaede-fusionierter Corticotropin-Releasing-Factor Rezeptoren Typ 1},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-34902},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2009},
  abstract  = {Aktivierte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) werden schnell desensitisiert, internalisiert und anschließend entweder lysosomal degradiert oder zur Plasmamembran (PM) recycelt. Zur Resensitisierung der Zellen tragen neben recycelten auch neusynthetisierte Rezeptoren bei. Die {\"U}berlagerung beider Prozesse erschwert die Untersuchung des Rezeptorrecyclings. In dieser Arbeit sollte mit Hilfe des photokonvertierbaren Fluoreszenzproteins Kaede eine Technik entwickelt werden, mit der es m{\"o}glich ist Recycling- von Neusyntheseprozessen zu trennen und das Recycling von GPCR mikroskopisch in Echtzeit zu beobachten. Als Modellproteine wurden der Vasopressin-1a-Rezeptor V1aR (recycelnder Rezeptor), der Vasopressin-2-Rezeptor V2R (degradierter Rezeptor) und der Corticotropin-Releasing Factor-Rezeptor Typ 1 (CRF1R) verwendet, wobei bei Letzterem untersucht werden sollte, ob er nach Stimulation zur PM zur{\"u}cktransportiert wird. Da Kaede als fluoreszierendes Protein mit den GPCR fusioniert wird, wurde zun{\"a}chst {\"u}berpr{\"u}ft, ob es die Eigenschaften der Rezeptoren ver{\"a}ndert und generell f{\"u}r Transportstudien geeignet ist. Eventuell k{\"o}nnte die bereits publizierte Tetramerisierung von Kaede seine Anwendung verhindern oder erschweren. Mittels Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie konnte gezeigt werden, dass Kaede nicht tetramerisiert, wenn es an ein Membranprotein fusioniert ist. Außerdem konnte in in vitro- und Zellkulturexperimenten belegt werden, dass die native und die photokonvertierte Form von Kaede gleichermaßen stabil sind. Dar{\"u}ber hinaus zeigten Kaede-fusionierte GPCR sowohl in Kolokalisationsstudien als auch in Agonistbindungs- und Rezeptoraktivierungsexperimenten die gleichen Eigenschaften wie CFP- bzw. die unfusionierte Rezeptoren. Lediglich die Expression der Kaede-fusionierten Rezeptoren war geringer. Parallel wurde anhand der bereits publizierten Kaede-Struktur versucht, die Tetramerisierung des Proteins durch den Austausch interagierender Aminos{\"a}uren zu unterbinden. Die eingef{\"u}hrten Mutationen bewirkten aber eine Fehlfaltung des Proteins und damit den Verlust der Fluoreszenz. Da zuvor gezeigt werden konnte, dass Kaede-fusionierte Membranproteine nicht tetramerisieren und nicht die Eigenschaften der fusionierten Proteine ver{\"a}ndern, war monomerisiertes Kaede zur Untersuchung des Rezeptorrecyclings nicht notwendig. Im zweiten Teil der Arbeit wurde mit Hilfe von Kaede-Fusionsproteinen und mikroskopischer Testsysteme das noch unbekannte Recyclingverhalten des CRF1R untersucht. Hierf{\"u}r wurden die Kaede-fusionierten Rezeptoren in eukaryotischen Zellen exprimiert und mit Agonisten internalisiert. Die internalisierten Rezeptoren wurden in Endosomen selektiv mit UV-Strahlung photokonvertiert. Anschließend wurde der Transport der photokonvertierten Form verfolgt. Sowohl beim CRF1R als auch beim V1aR wurden Signale in der PM detektiert, beim V2R hingegen nicht. Dies zeigt, dass es sich beim CRF1R um einen recycelnden Rezeptor handelt. Die als Kontrolle eingesetzten Rezeptoren verhielten sich in diesem Experiment wie erwartet: Der V1aR wurde zur PM zur{\"u}cktransportiert, der V2R nicht. Diese Ergebnisse konnten mit Hilfe biochemischer und durchflusscytometrischer Experimente best{\"a}tigt werden. Die Internalisierung des CRF1R verl{\"a}uft Clathrin-vermittelt in Anwesenheit von β-Arrestin. Je nach Stabilit{\"a}t der β Arrestin-Interaktion unterscheidet man zwei Klassen von Rezeptoren: Klasse A-Rezeptoren interagieren transient mit β Arrestin und k{\"o}nnen recyceln. Im Gegensatz dazu gehen Klasse B-Rezeptoren eine stabile Interaktion mit β Arrestin ein und werden nach Internalisierung degradiert. In mikroskopischen Untersuchungen konnte f{\"u}r die aktivierten CRF1R und V1aR eine Rekrutierung von β Arrestin zur PM und eine transiente Interaktion mit β Arrestin gezeigt werden (Klasse A-Rezeptoren). F{\"u}r den V2R wurde dagegen eine stabile Interaktion mit β Arrestin beobachtet (Klasse B-Rezeptor). Diese Daten st{\"u}tzen die Ergebnisse des Kaede-basierten Recyclingversuchs und zeigen, dass der CRF1R ein recycelnder Rezeptor ist. Ferner wurde untersucht, ob der CRF1R zu den schnell oder langsam recycelnden Rezeptoren z{\"a}hlt. Schnell recycelnde Rezeptoren werden direkt aus fr{\"u}hen Endosomen, langsam recycelnde hingegen {\"u}ber das Trans-Golgi-Netzwerk (TGN) bzw. {\"u}ber Recycling-Endosomen zur PM transportiert. Als Marker f{\"u}r das TGN oder die Recycling-Endosomen wurde Rab11 verwendet. In Kolokalisationsstudien konnte gezeigt werden, dass der CRF1R den langsam recycelnden Rezeptoren zugeordnet werden kann. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit belegt werden, dass Kaede als Fusionspartner f{\"u}r Membranproteine genutzt werden kann um deren Transport in Echtzeit zu studieren. Damit wurde erstmals eine mikroskopische Methode etabliert, die es erlaubt recycelnde von neusynthetisierten Rezeptoren zu unterscheiden. Mit Hilfe dieser Methode war es m{\"o}glich zu zeigen, dass der CRF1R ein recycelnder Rezeptor ist.},
  language  = {de}
}