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Ribonucleotide excision repair (RER) is an RNase H2-dependent DNA-repair mechanism removing mis-incorporated ribonucleotides to maintain DNA stability. Decreased RNase H2 activity leads to an accumulation of ribonucleotides in the DNA, destabilizing and eventually damaging the DNA. This results in double-strand breaks, chromosome abberations, impaired segregation of defective chromosomes, and the formation of micronuclei with unstable nuclear membranes. Upon breakdown of the mironuclear envelope, the released chromatin triggers a cGAS-STING-dependent immune cascade that stimulates the production of type I interferons and cytokines. RNase H2 deficiency directly contributes to autoinflammation and autoimmunity and might further play a role in several types of cancer, aging and neurodegeneration. Therefore, RNase H2 activity is a promising diagnostic and prognostic marker. However, until today, no method for quantification of RNase H2 activity has been validated for a clinical use. Herein, a standard operating procedure for a high-throughput FRET-based whole cell lysate RNase H2 assay is implemented and validated delivering standard curves, statistical benchmarks and standardization to an externally validated control. Providing high sensitivity and strict linearity over a wide working range, the assay is applicable to various human cell or tissue samples with overall methodological assay variability from 8.6% to 16%. Human T cells were identified as a suitable cell type for the implementation of a clinical screening method, showing relatively small inter-individual variability when activity is normalized to cell number. Indeed, decreased RNase H2 activity was detected in T cells from one patient with systemic sclerosis and two patients with systemic lupus erythematosus who carried RNASEH2 mutations known to disrupt enzyme function in vitro compared with a control group of 24 healthy donors. With these findings, this dissertation provides fundamentals for the implementa, Ribonukleotid-Exzisionsreparatur ist ein RNase-H2-abhängiger DNA-Reparaturmechanismus, der durch die Entfernung fälschlich eingebauter Ribonukleotide die Integrität und Stabilität der DNA erhält. Eine verminderte RNase-H2-Aktivität führt zu einer Anhäufung von Ribonukleotiden in der DNA, wodurch die DNA destabilisiert wird und schließlich Schaden nimmt. Das Resultat sind Doppelstrangbrüche, Chromosomenabberationen, eine gestörte Segregation der defekten Chromosomen und die Bildung von „Mikrokernen“ mit instabilen Kernmembranen. Bei Zerfall dieser Mikrokern-Hüllen löst das freiwerdende Chromatin eine cGAS-STING-abhängige Immunkaskade aus, welche die Bildung von Typ-I-Interferonen und Zytokinen stimuliert. Verminderte RNase-H2-Aktivität trägt dadurch direkt zur Entstehung von Autoinflammation und Autoimmunität bei und spielt wahrscheinlich auch als Malignitätsfaktor einiger Karzinome, sowie bei Alterungsprozessen und Neurodegeneration eine Rolle. Daher kann RNase-H2-Aktivität als ein vielversprechender diagnostischer und prognostischer Marker angesehen werden. Bisher etablierte Methoden zur Messung der RNase-H2-Enzymaktivität verfügen jedoch nicht über die Standardisierung und Validierung, welche für den klinischen Einsatz notwendig sind. Diese Dissertation implementiert eine Standardvorgehensweise, Standardkurven und statistische Kenngrößen für einen FRET-basierten RNase-H2-Assay. Der Assay ist für die Anwendung mit Zelllysaten validiert, und liefert standardisierte Ergebnisse. Durch eine hohe Sensitivität und eine strikte Linearität über einen großen Arbeitsbereich kann der Assay in vielen verschiedenen Zell- oder Gewebetypen angewendet werden. Die Gesamt-Variabilität beträgt dabei zwischen 8,6 % bis 16 %. Aufgrund einer relativ niedrigen inter-individuellen Schwankung der zellulären RNase-H2-Aktivität sind menschliche T-Zellen ein geeigneter Zelltyp für klinische Vergleichsstudien. So konnte in T-Zellen einer Patientin mit Systemischer Sklerose und zweier Patientin more...

Hematopoiesis in the adult organism is maintained by a complex, hierarchically organized cascade of differentiating cells that ultimately originate from adult hematopoietic stem cells (HSCs). HSCs have been extensively studied in perturbative settings (e.g transplantation assays), which are well suited for exploring cell potential but tell very little about cell behaviour in a physiological state. Novel \textit{in situ} techniques have made it possible to observe hematopoiesis in its natural environment, yet many questions about native HSC behaviour remain controversial. It is yet unclear whether and to what extent HSCs contribute to steady-state blood production, and whether they represent a reserve population that can be activated upon emergency. As, to date, common definitions of HSCs comprise cells of heterogeneous function, incoherent results are likely linked by another fundamental question: what is the identity of the HSC population residing on the apex of the hematopoietic hierarchy? To answer these questions is essential to gain a deeper understanding of fatal human diseases like leukemia or aplastic anemia. We describe an integrative approach combining non-invasive experimental methods with mathematical inference to uncover underlying pathways and differentiation patterns of steady state hematopoiesis. By this, we identify a population of Sca-1\textsuperscript{hi} CD201(EPCR)\textsuperscript{hi} HSCs as the hithertho elusive apex population, and show that they contribute marginally, but continuously, to native steady-state hematopoiesis. Further, we clarify the architecture of a shortcut route of thrombopoiesis, which emanates directly from HSCs and links them trough a previously undefined CD48\textsuperscript{-/low} megakaryocyte progenitor population directly to platelets. Finally, we provide an extensive analysis of the dynamic label propagation and proliferation behaviour of hematopoietic stem and progenitor cells in prototypical stress situations mimi, Die Blutbildung in erwachsenen Organismen wird durch eine komplexe, hierarchisch organisierte Kaskade von sich fortwährend differenzierenden Zellen aufrechterhalten, und hat ihren Ursprung in adulten h\'amatopoietischen Stammzellen (HSZs). HSZs wurden ausgiebig unter unphysiologischen Extrembedingungen (z.B. Transplantation) untersucht, in welchen sich viel über das maximale potential einer Zelle, aber wenig über ihr Verhalten in ungestörtem Zustand sagen lässt. Obwohl durch moderne \textit{in-situ}-Techniken mittlerweile h\'amatopoietische Differenzierung in ihrer ursprünglichen Umgebung beobachtet werden kann, bleiben etliche Fragen zum nativen Verhalten von HSZs offen. So ist es noch unklar, ob und in welchem Ausmaß HSZs überhaupt zur stationären Blutbildung beitragen, oder ob sie eine Reservepopulation darstellen, die im Notfall aktiviert werden kann. Da bis dato gebr\'auchliche Definitionen von HSZs verschiedene Sub-Populationen mit heterogener Funktionalität umfassen, sind die inkohärenten Ergebnisse wahrscheinlich mit einer anderen grundlegenden Frage verknüpft: Was ist die wahre Identit\'at der HSZ-Population, die an der Spitze der h\'amatopoetischen Hierarchie steht? Die Beantwortung dieser Fragen ist essenziell für ein besseres Verst\'andnis von fatalen humanen Krankheiten, wie beispielsweise Leuk\'amie oder aplastische An\'amie. Wir beschreiben einen integrativen Ansatz, der nicht-invasive experimentelle Methoden mit mathematischer Modellierung vereint, um die zugrundeliegenden Pfade und Differenzierungsmuster der station\'arer H\'amatopoese zu ergründen. Auf diese Weise können wir eine Population von Sca-1\textsuperscript{hi} und CD201(EPCR)\textsuperscript{hi} HSZs als die bisher unbekannte Apex-Population identifizieren, und zeigen, dass diese Zellen geringf\'ugig, aber kontinuierlich, zur nativen H\'amatopoese beitragen. Darüber hinaus klären wir die Architektur eines direkten thrombozytischen Differenzierungspfades, welcher unmittelbar von HSZs abzwe more...