Ziel dieser Arbeit war es, vorausgegangene Studien, welche phänotypische Veränderungen im Herzen von SPRED2-KO-Mäusen zeigen und eine Beeinflussung in der Autophagie vermuten, weiterzuführen und im Detail aufzuklären (Ullrich et al., 2019). Hierzu wurde ein LC3-Reportersystem in unsere SPRED2-KO-Mäuse mithilfe der Gene Trap Methode eingebracht, um den autophagischen Flux zu quantifizieren und verschiedene immunhistologische als auch Protein-Protein-Interaktionstests durchzuführen, um die Veränderung der Autophagie und den genauen Einfluss von SPRED2 auf diesen Prozess aufzudecken. Durch die Quantifizierung des Reportersystems konnte eine Beeinträchtigung des autophagischen Fluxes in SPRED2-KO-Mäusen festgestellt werden. Diese Beeinträchtigung zeigte sich nicht nur in Kardiomyozyten, sondern auch im Kortex und zum Teil im Hippocampus, was auf eine breite Rolle von SPRED2 in der Autophagie hinweist. Immunhistologische Untersuchungen zeigten eine signifikant erniedrigte Proteinexpression von mehreren Proteinen der Autophagie-Maschinerie, darunter ATG3, ATG5, ATG7 und ATG16L. Besonders auffällig war die Reduktion dieser Proteine der Elongationsphase der Autophagie, während die Initiierung durch ULK1 signifikant erhöht und ATG14 unverändert blieben. Dies deutet darauf hin, dass SPRED2 keinen Einfluss auf die Initiierung, dafür umso mehr auf die frühe Phase der Elongation hat. Bei den immunhistologischen Untersuchungen fielen vermehrt Kerneinschlüsse der Proteine p62 und ATG5 auf. Diese Depositionierung der Proteine lässt auf ein Transportproblem schließen, welches allerdings beim LC3-Protein nicht beobachtet werden konnte. Der Transport dieses in der Autophagie essenziellen Proteins scheint unbeeinflusst. Mithilfe des Proximity Ligation Assays (PLA) konnte eine erhöhte Bindung zwischen LC3 und ATG3 im SPRED2-KO nachgewiesen werden. Durch Berechnungen der Protein-Protein-Interaktionen von SPRED2 durch ChimeraX zeigten sich Bindungsstellen zwischen den Proteinen LC3 und ATG10 mit SPRED2. Zusammenfassend zeigen die Daten dieser Thesis den starken Einfluss von SPRED2 auf die Autophagie in der Maus. Ausgelöst durch die reduzierte Expression der Proteine des ATG16L-Komplexes, welcher wiederum den Platz der Lipidierung von LC3-II und Phosphatidylethanolamin (PE) an der Autophagosomen Membran determiniert, und der erhöhten Bindung von LC3 und ATG3, kommt es zu einer gestörten Lipidierung von LC3-II. Dies ist ein kritischer Schritt für den reibungslosen Ablauf der Autophagie. Der Zusammenbruch der Signalkaskade konnte bereits bis zum upstream-liegenden Protein ATG7 verfolgt werden. Durch die fehlende Konversation von LC3-I kommt es zu einem verringerten Zusammenbau der autophagosomen Membran und damit zu dem beobachteten erniedrigten autophagischen Flux im SPRED2-KO. / The aim of this work was to continue and clarify in detail previous studies that showed phenotypic changes in the heart of SPRED2-KO mice and suggested an influence on autophagy (Ullrich et al., 2019). For this purpose, an LC3 reporter system was introduced into our SPRED2-KO mice using the gene trap method to quantify the autophagic flux and perform various immunohistological and protein-protein interaction assays to reveal the change in autophagy and the exact influence of SPRED2 on this process. Quantification of the reporter system revealed an impairment of autophagic flux in SPRED2-KO mice. This impairment was not only found in cardiomyocytes, but also in the cortex and partially in the hippocampus, indicating a broad role of SPRED2 in autophagy. Immunohistological studies showed significantly reduced protein expression of several proteins of the autophagy machinery, including ATG3, ATG5, ATG7 and ATG16L. Particularly striking was the reduction of these proteins of the elongation phase of autophagy, while initiation by ULK1 was significantly increased and ATG14 remained unchanged. This indicates that SPRED2 has no influence on initiation, but more on the early phase of elongation. The immunohistological investigations revealed increased nuclear inclusions of the proteins p62 and ATG5. This deposition of the proteins suggests a transport problem, which, however, could not be observed with the LC3 protein. The transport of this protein, which is essential for autophagy, appears to be unaffected. Using the proximity ligation assay (PLA), increased binding between LC3 and ATG3 was detected in SPRED2-KO. Calculations of the protein-protein interactions of SPRED2 by ChimeraX revealed binding sites between the proteins LC3 and ATG10 with SPRED2. In summary, the data of this thesis show the strong influence of SPRED2 on autophagy in mice. Triggered by the reduced expression of the ATG16L complex proteins, which in turn determines the site of lipidation of LC3-II and phosphatidylethanolamine (PE) at the autophagosomal membrane, and the increased binding of LC3 and ATG3, the lipidation of LC3-II is impaired. This is a critical step for the proper functioning of autophagy. The collapse of the signalling cascade has already been traced to the upstream protein ATG7. The lack of conversation of LC3-I leads to a reduced assembly of the autophagosomal membrane and thus to the observed reduced autophagic flux in SPRED2-KO.

For the present work three main goals were formulated: goal 1 To design a tactile BCI used for mobility which is intuitive (G1.1), reliable and fast while being usable by participants aged 50 years and above. goal 2 To design an auditory BCI used for communication which is intuitive and reliable. goal 3 To examine the effects of training on tactile and auditory BCI performance. Three studies were performed to achieve these goals. In the first study nine participants aged above 50 years performed a five-session training after which eight participants were able to navigate a virtual wheelchair with mean accuracy above 95% and an ITR above 20 bits / min. In the second study 15 participants, four of them endusers with motor-impairment, were able to communicate meaningful with high accuracies using an auditory BCI. In the third study nine healthy and nine visually impaired participants (regarded as sensory experts for non-visual perception) performed tactile, auditory and visual (for healthy participants only) copy tasks. Participants with trained perception significantly outperformed control participants for tactile but not for auditory performance. Tactile performance of sensory experts was on equal levels as the visual performance of control participants. We were able to demonstrate viability of intuitive gazeindependent tactile and auditory BCI. Our tactile BCI performed on levels similar to those of visual BCI, outperforming current tactile BCI protocols. Furthermore, we were able to demonstrate significant beneficial effect of training on tactile BCI performance. Our results demonstrate previously untapped potential for tactile BCI and avenues for future research in the field of gaze-independent BCI. / Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden folgende drei Hauptziele formuliert: ziel 1 Entwicklung eines taktilen Mobilitäts-BCIs, das sowohl intuitiv, zuverlässig und schnell als auch von Personen älter als 50 Jahre verlässlich benutzt werden kann.. ziel 2 Entwicklung eines auditorischen Kommunikations- BCIs, das intuitiv und zuverlässig sein soll. ziel 3 Untersuchung des Effekts von sensorischem Training auf die Leistung bei Verwendung eines BCIs. Um die genannten Ziele zu erreichen, wurden drei Studien durchgeführt. In der ersten Studie absolvierten neun Teilnehmer älter als 50 Jahre ein BCI-Training, das fünf Sitzungen umfasste. Nach Abschluss des Trainings konnten acht Teilnehmer einen virtuellen Rollstuhl mit mittleren Genauigkeiten von über 95% und einer ITR über 20 bits / min steuern. In der zweiten Studie waren insgesamt 15 Teilnehmer, davon vier End-Nutzer mit motorischen Einschränkungen, in der Lage, bedeutungsvoll und mit hohen Genauigkeiten mittels unseres BCIs zu kommunizieren. An der dritten Studie nahmen neun sehende und neun blinde (sensorische Experten für nicht visuelle Wahrnehmung) Versuchspersonen teil und absolvierten taktile, auditorische und visuelle (nur für sehende Teilnehmer) Copy-Aufgaben. Verglichen mit den Sehenden waren die sensorische Experten signifikant besser in der taktilen, jedoch nicht in der auditiven Modalität. Leistungen von Blinden in der taktilen Modalität waren gleich gut wie die von Sehenden in der visuellen Modalität. Zusammenfassend konnte im Rahmen der Arbeit gezeigt werden, dass intuitive blickunabhängige taktile und auditorische BCI eine gültige Alternative zu bestehenden visuellen BCI darstellen. Mit dem vorgestellten taktilen BCI konnten Leistungen erbracht werden, die mit denen visueller BCIs vergleichbar sind. Zusätzlich wurde ein signifikant positiver Einfluss von Training auf die taktile Leistungsfähigkeit gezeigt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse bisher ungenutzes Potenzial für taktile BCI aufzeigen und wertvolle Ansätze für zukünftige Forschung liefern.

Thesis (doctoral)--Universität, Leipzig, 1999.

Würzburg, Universität, Thesis (doctoral), 2001.

Thesis (doctoral)--University of Copenhagen, 2007. / Thesis is based on seven published studies by the author. Includes bibliographical references.

Universiẗat, Diss., 2006--München.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2007.

Stuttgart, Univ., Diss., 2007.

Thesis (doctoral)--München, 1982.