piwik-script

English Intern
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging

Ehemalige Gruppen

Seit der Gründung des Rudolf-Virchow-Zentrums haben frühere Gruppenleiter/innen eine Vielzahl an hoch kompetitiven Rufen von außen erhalten. Sie haben ihre wissenschaftliche Karriere als W2- oder W3-Professoren an verschiedenen Universitäten sehr erfolgreich fortsetzen können. Da ein solcher Wechsel oft eine gewisse Zeit braucht, sind einige Mitarbeiter der Gruppen noch am Zentrum und über die Mitarbeiterliste zu erreichen. Die ehemaligen Gruppen werden auch in Zukunft wichtige Kooperationspartner sein.

Membranbiophysik

Ziel des Projekts ist das Studium der Wirkung membranaktiver prokaryontischer Toxine sowie des Transports bakterieller Toxine in eukaryontische Zielzellen. Normalerweise ist der Transport von Proteinen über Membranen sehr kompliziert und bedarf verschiedener Komponenten und auch Energie in Form von Membranpotentialen und von ATP. Dagegen ist der Transport von prokaryontischen Toxinen in eukaryontische Zielzellen sehr einfach und benötigt nur ein oder zwei Proteine und keine Energie. Membranaktive Toxine besitzen wasserlösliche Vorstufen, die häufig Kanäle in Membranen bilden können.

Die Wirkung als Kanal- oder Porenbildner in der Cytoplasmamembran eukaryontischer Zielzellen setzt eine massive Strukturänderung voraus, die in vielen Fällen nicht verstanden ist. Kanalbildung ist entweder eine Funktion des Toxinmoleküls selbst, das heißt, es enthält auch die Transportfunktion, oder sie ist auf einem zweiten Teil des Toxins, der Bindekomponente B lokalisiert. Beispiele für diese A-B Toxine sind Clostridium botulinum C2-Toxin and Clostridium perfringens Iota Toxin. Die A-Komponente dieser Toxine ist eine ADP-Ribosyltransferase, die das Aktin-Zytoskelett der Zellen zerstört. Sie wird mit Hilfe der B‑Komponente in die Zielzelle transportiert. 

Anthrax Toxin von Bacillus anthracis ist ein weiteres Beispiel für ein A-B Toxin. Hier ist die B-Komponente als Protective Antigen (PA) bekannt. Anthrax hat zwei enzymatische Komponenten (A1 und A2), die jede für sich lethal für Zellen sind: den Edema factor (EF; eine Calcium und Calmodulin-abhängige Adenylat-Zyclase) und den Lethal factor (LF; der eine hoch spezifische Zink-Metalloprotease darstellt). Der Mechanismus des Transports bakterieller Toxine in eukaryontische Zielzellen ist immer noch nicht voll verstanden. Allerdings ist klar, dass zur Entfaltung ihrer mannigfachen toxischen Wirkung im Innern der Zielzelle diese Toxine als Ganzes oder wenigstens ihre katalytischen Domänen über die Cytoplasmamembran transportiert werden müssen, die normalerweise für Proteine dieser Größe völlig impermeabel ist.

Im Projekt sollen Funktion und Pharmakologie dieser Transportsysteme für Toxine näher untersucht werden. Dabei war und ist von großem Interesse ob die einzelnen Systeme sich beim Proteintransport ähnlicher Mechanismen bedienen oder ob diese für die einzelnen Toxine verschieden sind. In der Arbeitsgruppe werden neben dem Toxintransport auch andere membranaktive Moleküle mit Hilfe der Methode der künstlichen Bilayer Membranen untersucht.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Roland Benz

war bis 2013 Seniorprofessor am Rudolf-Virchow-Zentrum.

Prof. Dr. Roland Benz
Professor of Biotechnology (Wisdom Professor)
School of Engineering and Science
Jacobs-University
Campus Ring 1
28759 Bremen

Mailing Adress:
P.O. Box 750 561
28725 Bremen

Tel. 0421 - 200-3151
Fax 0421 - 200-3249
e-mail: r.benz@jacobs-university.de

Strukturelle Untersuchung der Proteinsynthese

Das Hauptaugenmerk unserer Gruppe liegt auf der Visualisierung des Proteinsynthese-Apparates. Dabei untersuchen wir auf atomarer bzw. molekularer Ebene Ribosomen, welche als Protein-RNA-Komplex vorliegen. Ribosomen sind ausgesprochen wichtig, da sie zum einen alle Proteine synthetisieren, welche die Zelle oder der Organismus benötigen, und weil sie zum anderen als Angriffspunkt verschiedener Antibiotika dienen. Bakterielle Ribosomen unterscheiden sich in ihrer Struktur deutlich von Ribosomen höherer Organismen. Diese strukturellen Unterschiede ermöglichen es, das manche Antibiotika ausschließlich prokaryotische Ribosomen angreifen und inhibieren, wohingegen die humanen Ribosomen unbeeinträchtigt bleiben.

Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen wäre vorteilhaft sowohl für die Grundlagenforschung als auch für den Kampf gegen krankheitsverursachende Bakterien. Wir wenden hauptsächlich die Kryo-Elektronenmikroskopie an, um die Struktur verschiedenster funktionaler Zustände des Ribosoms während der Translation zu bestimmen

Kontaktdaten

Dr. Shashi Bhushan

ist seit 2013 Assistant Professor an Singapore´s Science and Technology University

E-Mail: SBHUSHAN@ntu.edu.sg

mehr Information: Singapore´s Science and Technology University

Molecular Virology

Human Cytomegalovirus (HCMV) is an important human pathogen that generally causes mild infections in healthy individuals. However, the virus can cause severe disease in immunocompromised patients and is the leading infectious cause of congenital damage in newborns. Since cytomegaloviruses are highly species-specific, HCMV cannot be studied in laboratory animals – instead, the mouse cytomegalovirus (MCMV) is used as a model. We investigate how the virus manipulates the host cell to its own advantage, and which genes and proteins are involved.

 

Contact

Professor Dr. Wolfram Brune

Heinrich Pette Institut
Leibniz Institut für Experimentelle Virologie
Martinistrasse 52 - 20251 Hamburg

Tel: +49-(0)-40-48051 351, Fax: -352
Email: wolfram.brune@hpi.uni-hamburg.de

Website

Kardiale Schlüsselproteine

Die Herzmuskelschwäche gehört zu den häufigsten Todesursachen in den westlichen Industrieländern. Trotz moderner medikamentöser Therapie überlebt die Hälfte der Patienten die ersten fünf Jahre nach Ausbruch der Erkrankung nicht. Damit bewegt sich die Sterblichkeit im Bereich bösartiger Tumore. Neue Therapiemöglichkeiten müssen daher dringend entwickelt werden.

Unsere Arbeit konzentriert sich auf die dieser Erkrankung zugrunde liegenden zellulären Mechanismen. Besonders interessiert uns das bei einer Herzinsuffizienz frühzeitig auftretende pathologische Wachstum von Herzmuskelzellen (Hypertrophie) und die vermehrte Bildung von Bindegewebe im erkrankten Herzen (Fibrose). Wir konnten eine Reihe von Proteinen identifizieren, die Hypertrophie von Herzmuskelzellen stimulieren oder inhibieren. Durch die Kombination transgener Mausmodelle mit molekular- und zellbiologischen Methoden versuchen wir, den Wirkmechanismus dieser Proteine aufzuklären und damit neue Strategien zur Therapie der Herzmuskelschwäche zu entwickeln. 

Kontaktdaten

Prof. Dr. Stefan Engelhardt

seit Oktober 2008 Direktor des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München

E-Mail: pharma@ipt.med.tum.de

Weitere Informationen: www.ipt.med.tum.de

RNA-Metabolismus und neuronale Krankheiten

Die Herstellung von eukaryontischen mRNAs und deren Translation in Proteine hängt ganz entscheidend vom Zusammenspiel einer großen Anzahl trans-agierender Faktoren ab. Diese Faktoren sind häufig in funktionellen Einheiten, auch "molekulare Maschinen" genannt, organisiert, welche sowohl die Schritte des mRNA Metabolismus katalysieren als auch zeitlich miteinander koordinieren.

Unsere Gruppe untersucht die Funktion und Dynamik von Schlüsselkomponenten des mRNA-verarbeitenden Apparates, wobei wir biochemische, zellbiologische und strukturbiologische Analysetechniken miteinander kombinieren. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Untersuchung der Spleißmaschinerie (Spleißosom) und seinen Assemblyfaktoren (SMN- und PRMT5-Komplex), und dem Ribosom, welches für die Translation der mRNAs in Proteine verantwortlich ist.

Darüber hinaus interessieren wir uns für die Frage, wie es durch Defekte im mRNA Metabolismus zu menschlichen Krankheiten kommt. Die molekulare Analyse der Augenkrankheit Retinitis pigmentosa und der neuromuskulären Krankheit spinale Muskelatrophie stehen hier im Vordergrund.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Utz Fischer

war bis 2014 Arbeitsgruppenleiter am Rudolf-Virchow-Zentrum.

Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Biochemie
Am Hubland
D - 97074 Würzburg

Tel.:    +49 931 31-84029
Fax:    +49 931 31-84026
E-Mail: utz.fischer@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen: www.biozentrum.uni-wuerzburg.de/biochem

Molekulare Zelldynamik

Die Bewegung von Zellen in Geweben ist eine Voraussetzung vieler biologischer Prozesse. Wundheilung und Immunfunktion, aber auch Tumorinvasion und -metastasierung wären ohne sie nicht denkbar. Wir wollen die zellulären und molekularen Mechanismen der Bewegung von Immun-, Bindegewebs- und Tumorzellen aufklären. Dazu nutzen wir mikroskopische Verfahren und beobachten mit ihrer Hilfe lebende Zellen in vitro und in vivo. Einige Schlüsselproteine sind dabei für uns von besonderem Interesse. Dazu gehören verschiedene Adhäsionsmoleküle wie Integrine und Oberflächenglykosaminoglykane und proteolytische Enzyme wie z.B. Matrix-Metalloproteasen. Darüber hinaus wollen wir die Ras/Raf-vermittelten Signaltransduktionswege, die die Zellmigration und Zell-Zell-Kommunikation steuern, verstehen lernen.

Um diese Vorgänge auch in vivo untersuchen zu können, wurde Ende 2004 im Rudolf-Virchow-Zentrum ein Multiphotonen-Mikroskop installiert. Gemeinsam mit der Bielefelder Firma "La Vision Biotec" haben wir dieses Mikroskop speziell für unsere Anwendungen entwickelt.

Kontaktdaten

Prof. Dr. med. Peter Friedl

seit Oktober 2007 Lehrstuhlinhaber für Mikroskopisches Imaging der Zelle am Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences

E-Mail: P.Friedl@ncmls.ru.nl     

Weitere Informationen: http://www.rimls.nl/people/f/friedl/

HAD Phosphatasen

Phosphatasen vom HAD-Typ sind eine noch sehr wenig erforschte Klasse von Enzymen mit wichtigen Funktionen für Transkription, Metabolismus und Zytoskelett-Dynamik. Unser Ziel ist es, die Regulation sowie die physiologischen und pathologischen Funktionen der von uns entdeckten HAD-Phosphatasen Chronophin und AUM zu verstehen. Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt hierbei in der Analyse der Signaltransduktion zum Aktin-Zytoskelett. Eine fehlgesteuerte Zytoskelett-Dynamik ist ursächlich an der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen und an der Entstehung und Metastasierung von Tumoren beteiligt, und wir wissen inzwischen, dass Chronophin und AUM in einigen dieser Erkrankungen fehlreguliert sind.

Aus diesem Grund untersuchen wir die Rolle der Chronophin- und AUM-Phosphatasen für die Zellproliferation, Zelladhäsion und -migration mit verschiedenen biochemischen und zellbiologischen Methoden. Weiterhin analysieren wir die Konsequenzen der Chronophin- und AUM-Inaktivierung in vivomit Hilfe konditionaler Mausmodelle.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Antje Gohla

Professur für Biochemische Pharmakologie 
am Lehrstuhl für Pharmakologie (Leiterin)
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97078 Würzburg, Germany

Tel.:     +49 931 31-80099
Fax:     +49 931 31-48539
E-Mail: antje.gohla@uni-wuerzburg.de

Laborseite

Mitarbeiter

Prof. Dr. Antje Gohla

Gruppenleiter/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Haus D15
Raum: 328
Telefon: +49 931 31-80099

Kerstin Hadamek

Technische/r Assistent/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Haus D15
Raum: 327
Telefon: +49 931 31-48808

Angelika Keller

Technische/r Assistent/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 327
Telefon: +49 931 31-48766

Molekulare Mikroskopie

Eine wachsende Anzahl von Fragestellungen in der Molekular- und Zellbiologie beruht darauf, einzelne Proteine und Nukleinsäuren darzustellen und ihre Funktion zu untersuchen. Will man einzelne Moleküle mikroskopisch darstellen, darf die Anzahl der Proteine in der Membran nicht zu hoch sein. Nur so ist es möglich, die Moleküle und ihre Zustände einzeln aufzulösen und keinen Mittelwert zu detektieren. Man verzichtet daher auf die Überexpression der Proteine und bewegt sich im Bereich des natürlichen Vorkommens. 

Unser Ziel ist es, diese Einzelmolekül-Detektion in Zellen in vivo und in der intrazellulären Analyse in Würzburg zu ermöglichen und damit auch zu einer zielgerichteteren Entwicklung pharmakologischer Wirkstoffe beizutragen. Wir wollen die Techniken der Einzelmolekül-Mikroskopie kontinuierlich verbessern, die Genauigkeit erhöhen und so das Anwendungsspektrum erweitern. Die so entwickelten Techniken wenden wir in unserer Arbeitsgruppe zum Beispiel auf fluoreszenzmarkierte Ionenkanäle an. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit Rezeptor-Proteinen und der Zellsignalübertragung. Insbesondere den Zytokinen und G-Protein-gekoppelten Rezeptoren gilt dabei unser Interesse.

Kontaktdaten

Dr. Gregory Harms

Faculty 9 Month
Wilkes University
Stark Learning Center
Tel.: +1-570-408-4828

E-Mail: gregory.harms@wilkes.edu

Architektur von Synapsen

Die Signalübertragung von einer Nervenzelle auf eine Rezipientenzelle (z.B. eine weitere Nervenzelle, eine Muskelzelle) findet an speziellen Kontaktstrukturen, den Synapsen, statt. Ein spezialisierter Bereich der Nervenzelle, die präsynaptische Aktivzone, setzt dazu in einem Ca2+-abhängigen Prozess Neurotransmitter frei. Diese chemischen Mediatoren übertragen den Nervenimpuls auf Rezeptoren an der postsynaptischen Membran.

Wie genau sich die synaptischen Bestandteile zusammensetzen und ihre Funktion koordinieren ist Gegenstand intensiver Forschungen. Durch die genetische Anaylse der Fruchtfliege Drosophila konnten wir einen Hauptorganisator der präsynaptischen Aktivzone identifizieren: ein Protein, das wir Bruchpilot getauft haben. Ohne Bruchpilot ist die Aggregat-Bildung der präsynaptischen Kalziumkanäle gestört und die Freisetzung von Neurotransmittern stark reduziert.

Wir wollen die Architektur der Aktivzonen durch die Analyse von Synapsen der Modellorganismen Fliege und Maus aufklären. Dazu kombinieren wir genetische und biochemische Analysemethoden mit einer neuen Errungenschaft der Lichtmikroskopie: der Stimulierten Emissions Mikroskopie (STED). STED steigert die Auflösung der Fluoreszenzmikroskopie um ein Vielfaches und enthüllt bisher nicht auflösbare Substrukturen der molekularen Architektur der Synapsen. So wollen wir Erkenntnisse auf den Gebieten von Lernen und Gedächtnis, wie auch von degenerativen Erkrankungen des Nervensystems gewinnen.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Manfred Heckmann

war bis 2011 Mitglied des Bio-Imaging-Centers.

Physiologie II/Schwerpunkt Neurophysiologie
Röntgenring 9
D - 97070 Würzburg

Tel.:     +49 931 31-82730
E-Mail: heckmann@uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen: www.physiologie.uni-wuerzburg.de/neurophysiologie

Gehirn und Verhalten

Verhalten wird im Gehirn initiiert. Diesen Vorgang untersuchen wir an der Taufliege Drosophila. An Beispielen, in denen die funktionelle Bedeutung der Gehirnaktivität offensichtlich ist, wird diese dokumentiert und näher charakterisiert. So erzeugen wir z. B. in der Flugsteuerung einer an einem entsprechenden Messgerät aufgehängten Drosophila-Fliege künstliche Rückkoppelungsbedingungen, die uns zeigen, dass die Fliege aktiv Verhalten generiert. Sie muss ein von uns durch das Messverfahren ausgewähltes Verhalten finden und aktivieren, um der lebensbedrohlichen Hitze eines Laserstrahls zu entkommen. Diese Aufgabe kann sie nur durch "Ausprobieren" bewältigen. Die Gleichzeitigkeit ihrer Verhaltensänderung und der Veränderung der Temperatur ermöglicht es ihr, die Wirkung ihres Verhaltens auf diesen gefährlichen Reiz aus der Umwelt zu entdecken. 

Auch in der visuellen Aufmerksamkeit organisiert die Gehirnaktivität den Zusammenhang zwischen dem visuellen Reiz und dem Verhalten. Die Fliege richtet ihr Verhalten oft nur nach Teilen des Sehfelds. Kaum je folgt sie einfach der Summe aller visuellen Reize. Dieses „Fenster“ kann sie aktiv in ihrem Sehfeld verschieben. Unter Anwendung der vielfältigen neurogenetischen Werkzeuge, die für Drosophila zur Verfügung stehen, ist es möglich das Gehirn in vivo und sogar während des Verhaltensexperiments subtil zu manipulieren um herauszufinden, welche Gehirnregionen, ja sogar welche einzelnen Neurone an der Modulation der visuellen Verarbeitung beteiligt sind. 

Wenn Tiere bei wichtigen äußeren Reizen alles daran setzen diese mit ihrem Verhalten zu beeinflussen, muss es einen "Notschalter" geben, der ihnen sagt: "Es hat keinen Zweck weiter zu suchen." Dieser Zustand wird 'Learned Helplessness' genannt und gilt als Tiermodell der klinischen Depression. Auch bei Drosophila lässt sich die Learned Helplessness messen. Überraschenderweise tritt sie bevorzugt bei Weibchen auf und kann durch Serotonin-verstärkende Antidepressiva vermindert werden. Wir planen die serotonergen Neurone im Gehirn der Weibchen genetisch zu maskulinisieren und umgekehrt. Wir erwarten, dass in solchen Weibchen Learned Helplessness weniger ausgeprägt ist. Für die genetische und pharmakologische Manipulation des Serotonins steht ein großes Arsenal von Werkzeugen zur Verfügung. Wir wollen außerdem messen, ob Serotonin in den Gehirnen der Weibchen generell reduziert ist und ggf., ob man durch graduelle Reduktion von Serotonin im männlichen Gehirn gelernte Hilflosigkeit hervorrufen kann. 

Einsicht in die Bedeutung der initialen Aktivität könnte für die Medizin (ADHS, M. Parkinson, Depression), für die KI-Forschung (autonome Roboter) und sogar für die Sozialwissenschaften und Philosophie relevant sein. Aus den Gesetzmäßigkeiten in den Aktivitätsmustern sollten sich erste Hinweise für die Suchstrategien des Gehirns nach dem richtigen Verhalten ableiten lassen.  

Kontaktdaten

Prof. Dr. Dr. h.c. Martin Heisenberg

Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
D - 97078 Würzburg

Tel.: +49 931 31-84451
E-Mail: heisenberg@biozentrum.uni-wuerzburg.de  

Signalprozesse entzündungsfördernder Zytokine

Eine fehlgesteuerte Zytokin-Signaltransduktion wird heute als Ursache einer Reihe schwerwiegender Erkrankungen angesehen. Dazu gehören chronische Entzündungserkrankungen (Arteriosklerose, rheumatoide Arthritis, Morbus Crohn und Multiple Sklerose), Autoimmunerkrankungen (Typ I-Diabetes) und Krebs. Daher ist ein fundiertes Verständnis der Spezifität einer ausgelösten Zytokin-Signaltransduktion unerlässlich, um spezifischere therapeutische Ansätze zu entwickeln und gesundheitsschädliche Nebenwirkungen von Medikamenten zu verhindern.

Zytokine gehören zu den löslichen immunmodulierenden Proteinen, die von einer Reihe Gewebe- und Immunzellen sezerniert werden können. Viele Zytokine vermitteln ihre Signale über gemeinsam genutzte Zelloberflächenrezeptoren, die multi-molekulare Komplexe ausbilden, bestehend aus Liganden-spezifischen und Signal-transduzierenden Rezeptoruntereinheiten. Dies erklärt warum einige Signaltransduktionskaskaden von mehreren Zytokinen aktiviert werden, lässt jedoch die Frage unbeantwortet wie Signalspezifität erreicht werden kann.

Mit Hilfe der Familie der Interleukin-6-Typ Zytokine als Modellsystem untersucht unsere Arbeitsgruppe die räumliche und zeitliche Auflösung der Zytokinrezeptor-Signaltransduktion und wie diese durch cross-talk Mechanismen beeinflusst wird. Mittels klassischer proteinbiochemischer /zellbiologischer Methoden sowie konfokaler Laserscanning-Mikroskopie wollen wir verstehen wie der intrazelluläre Transport von Zytokinrezeptoren deren Signalspezifität beeinflusst und welche molekularen Mechanismen für den Transport einzelner Zytokinrezeptoren in verschiedene intrazelluläre Kompartimente verantwortlich sind. Genetisch veränderte Mauslinien sollen uns helfen, die physiologische Relevanz unserer Befunde zu untermauern.

Kontaktdaten

PD Dr. Heike Hermanns

war bis 2014 Juniorgruppenleiterin am Rudolf-Virchow-Zentrum und ist seitdem Leiterin des Hepatologischen Forschungslabors des Universitätsklinikums Würzburg (Leitung: Prof. Dr. med. Andreas Geier; http://www.leberzentrum-wuerzburg.de/).


PD Dr. Heike Hermanns, AOR
University Hospital Würzburg
Department of Internal Medicine II
Head of Hepatology Research Laboratory
Auverahaus
Grombühlstr. 12
97080 Würzburg
Germany

Ph.: +49 (0)931 201 40030
Email: Hermanns_H@ukw.de

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

Der Schwerpunkt unserer Arbeiten liegt in der Erforschung der Mechanismen zur Aktivierung und Deaktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR). Insbesondere im Vordergrund des Interesses stehen dabei die Entwicklung neuer Verfahren zur Untersuchung dieser Mechanismen in Echtzeit und lebenden Zellen. Dazu werden FRET-basierte Sensoren für GPCRs entwickelt, die es erlauben Konformationsänderungen dieser Rezeptoren mit einer zeitlichen Auflösung im Millisekundenbereich zu messen. Mit Hilfe solcher Methoden können Liganden direkt am Rezeptor untersucht werden. Dadurch können die Effekte potentieller Arzneimittel an diesen Proteinen im Detail studiert werden und mit Effekten auf nachgeschaltete Signalwege korreliert werden. 

Da die Rezeptordeaktivierung die Dauer eines Signals regulieren kann, ist die Deaktivierung eines GPCRs ebenfalls von großem Interesse. Hier liegt der Schwerpunkt unserer Arbeiten insbesondere auf der Interaktion von Rezeptoren mit Proteinen der β-Arrestin Familie und der Regulation dieser Interaktion. Hier wird die Frage untersucht, inwiefern bestimmte Proteindomänen oder potentielle Phosphorylierungstellen des Rezeptors die Interaktion mit β-Arrestinen beeinflussen bzw. vermitteln. Da β-Arrestine allerdings nicht nur die Abschaltung eines Rezeptors vermitteln, sondern ebenfalls selbst Ausgangspunkt einer neuen Signalkaskade sein können, interessiert uns ebenfalls die Fragestellung, ob es potentielle Arzneimittel gibt, die eine so genannte funktionelle Selektivität aufweisen und gezielt nur diesen neuen Signalweg anschalten ohne den klassischen Signalweg über G-Proteine zu stimulieren. 

Ein weiteres Interessensgebiet ist die Weiterentwicklung von Verfahren zur  Fluoreszenzmarkierung von Proteinen, insbesondere die Tetracystein-biarsenical-Tag-Methode steht hier im Vordergrund. Hier sollen neue Varianten der genetisch kodierten Aminosäure Sequenzen auf ihr Bindungsverhalten von FlAsH oder ReAsH getestet werden, sowie mögliche neue Farbvarianten entwickelt werden.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Carsten Hoffmann

Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
D - 97078 Würzburg

Tel.:    +49 931 31-48304
Fax:    +49 931 31-48539
E-Mail: c.hoffmann@toxi.uni-wuerzburg.de

Mitarbeiter

Consuelo Alonso Canizal

Doktorand/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str.9
Raum: 356
Telefon: +49 931 31-82691

Marc Bathe-Peters

Doktorand/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str.9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str.9
Raum: 356

Prof. Dr. Carsten Hoffmann

Gruppenleiter/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 352
Telefon: +49 931 31-48304

Cristina Perpina Viciano

Doktorand/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 356
Telefon: +49 931 31-88717

Dr. Benedikt Schmid

Doktorand/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 354
Telefon: +49 931 31-81934

Nicole Ziegler

Technische/r Assistent/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 354
Telefon: +49 931 31-48674

T-Zellen-Oberflächenproteine

Eines der Hauptziele der Immunologie ist es, die Entstehung von Autoimmunkrankheiten zu verstehen. Vor zehn Jahren führten Studien an einer tödlichen Autoimmunerkrankung in einem Mausstamm zur Entdeckung einer einzigartigen T-Lymphozyten-Population, die die Immunantwort hemmt. In der Zwischenzeit wurde bestätigt, dass diese regulatorischen T-Zellen (TReg oder T-Suppressorzellen) eine wichtige Rolle spielen – sowohl bei der Autotoleranz als auch bei der Vorbeugung übertriebener Immunantworten auf fremde Antigene.

Dennoch gibt es beträchtliche Lücken in unserem Verständnis von TReg, zum Teil aufgrund der fehlenden Marker zur Aufreinigung dieser Zellen. Alle Proteine der Zelloberfläche, die derzeit zur Identifizierung der TReg-Zellen beitragen, werden auch auf anderen T-Zellenarten exprimiert. Der zuverlässigste Marker von regulatorischen T-Zellen ist der Transkriptionsfaktor Foxp3, doch als Zellkernprotein ist er leider kein passender Marker für die Aufreinigung und Manipulation lebensfähiger TReg-Zellen.

Unser Ziel ist es, einzelne Oberflächenmarker von regulatorischen T-Zellen mittels zweier Methoden zu identifizieren: Durch die Herstellung monoklonaler Antikörper gegen TReg-Zellen und durch den Vergleich der Membranproteome der TReg-Zellen mit normalen T-Zellen. 

Kontaktdaten

Prof. Dr. Thomas Hünig

war bis 2008 mit einem Projekt am RVZ-Netzwerk beteiligt.

Institut für Virologie und Immunbiologie
Versbacher Str. 7
D - 97078 Würzburg

Tel.:     +49 931 201 - 49 951
E-Mail: huenig@vim.uni-wuerzburg.de

Membran/Zytoskelett Interaktionen

Das Bakterium Streptococcus pneumoniae ist ein weit verbreitetes Pathogen, das die häufigste Form der bakteriellen Meningitis bei Ewachsenen auslöst - bei Kindern ist es der zweithäufigste Auslöser für Hirnhautenzündungen. Die Pneumokokken-Meningitis führt in 30 Prozent der Fälle zum Tod und hat bei einem Drittel der Überlebenden neurologische Spätschäden zur Folge.

Der Hauptvirulenzfaktor von S. pneumoniae ist das porenbildende Toxin Pneumolysin. Es gehört zur Familie der cholesterin-abhängigen Cytolysine, zu der auch das Perfringolysin, das Streptolysin und andere gehören. Pneumolysin induziert konzentrationsabhängig eine rasche Zelllyse oder Apoptose. Trotz der ernsten Folgen und Prognosen einer Pneumokokken-Meningitis finden dabei aber relativ wenige Zelltod-Ereignisse statt.

Erst kürzlich konnten wir eine cholesterin-abhängige Aktivierung von RhoA und Rac1 GTPasen durch Pneumolysin beschreiben, die eine Umstrukturierung des Aktinzytoskeletts in neuronalen Zellen zur Folge hat (Iliev et al., PNAS, 2007). Unser Ziel ist es, die molekularen Schritte aufzuklären, mit denen Pneumolysin die kleinen GTPasen aktiviert, die Umordnung des Cytoskeletts bewirkt und zu einer veränderten Signalgebung in den neuronalen Zielzellen führt. Die Rolle von Makro- und Mikroporen bei der GTPase-Aktivierung und welche Domänen des Toxins hierfür entscheidend sind, wollen wir mit Hilfe verschiedener Toxin-Mutanten (z.B. nicht Poren-bildende) untersuchen. Wir analysieren, wie die kleinen GTPasen und ihre Regulatoren (GEFs und GAPs) zu den cholesterinreichen Mikrodomänen der Zellmembran rekrutiert werden und auch ihre Verteilung in der Membran bzw. im Cytosol. Schließlich wollen wir die Veränderungen untersuchen, die das Toxin auf die von kleinen GTPasen abhängige Bildung dendritischer Dornen – den Vorläufern reifer Synapsen – hat.

Die Ergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis der Wirkungsweise der gesamten Gruppe der cholesterin-abhängigen Cytolysine bei der Interaktion zwischen Wirt und Pathogen führen und die durch Toxine verusrachten neuronalen Schäden neu definieren. Ziel ist dabei es auch, potentielle neue Angriffspunkte für Medikamente zu identifizieren.

Kontaktdaten

Dr. Asparouh Iliev

ehemals Emmy Noether-Nachwuchsgruppenleiter.

Institute of Anatomy
University of Bern
Baltzerstrasse 2, 3000 Bern 9
Switzerland
Tel. +41(0)31 631 3887
E-Mail: asparouh.iliev@ana.unibe.ch

 

Neutralisierende Zyklopeptide gegen kardiostimulatorische ß1-Adrenorezeptor-Antikörper

Herzinsuffizienz zählt zu den häufigsten Erkrankungen und Todesursachen in Deutschland und anderen Industrieländern. Lässt die Förderleistung des Herzens nach, wird der Körper nicht mehr ausreichend mit Blut versorgt. Neue Erkenntnisse aus Klinik und Forschung deuten (neben den komplexen hierbei involvierten hormonellen Mechanismen) auf eine wichtige Rolle von Autoimmun-Prozessen bei der Pathophysiologie des Herzversagens hin: Bei 15-30% der Patienten scheinen Auto-Antikörper, welche Beta1-adrenerge Membranrezeptoren stimulieren, an der Entstehung und dem Verlauf der Erkrankung beteiligt zu sein. 

Wir konnten kürzlich an Ratten zeigen, dass spezifische stimulierende Antikörper gegen die zweite extrazelluläre Domäne des Beta1-Rezeptors (Anti-beta1-ECII) tatsächlich eine Herzerweiterung und fortschreitendes Herzversagen auslösen können. Neue Beta1-ECII-homologe Zyklopeptide (Beta1-ECII-CP), die dazu entworfen wurden zirkulierende Rezeptor-Antikörper zu neutralisieren, verhinderten nicht nur die Antikörper-induzierte Herzerweiterung und das Herzversagen, sondern konnten den Prozess sogar umkehren. Nach 4-5 Injektionen verursachten die Zyklopeptide einen signifikanten Rückgang und letztlich einen Stopp der Nachproduktion von Anti-Beta1-ECII Antikörpern – trotz fortgesetzte Stimulation mit dem Immunogen. Die GoBio-Förderung diente zunächst der Weiterentwicklung unserer neuen Strategie für die Behandlung der Herzinsuffizienz mit Zyklopeptiden. Wir untersuchen in diesem Rahmen die genauen kardioprotektiven und immunlogischen Effekte optimierter Zyklopeptid-Varianten und –Mutanten mit Hilfe verschiedener Applikations-Schemata und mit Hilfe alternativer Herzinsuffizienz-Modelle. 

Daneben entwickeln wir eine neue Fluoreszenz-basierte Screening-Strategie für den spezifischen Nachweis solcher stimulatorischen Antikörper. Hierzu setzten wir einen neuen, hoch sensitiven und spezifischen fluoreszierenden cAMP-Sensor ein, der die Visualisierung und Quantifizierung des rezeptorvermittelten Anstiegs von cAMP in den Zellen mittels Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) erlaubt. Bei diesem neuen diagnostischen Verfahren dienen die Rezeptor-Zyklopeptide dazu, die Spezifität der Anti-Beta1-ECII-vermittelten Rezeptoraktivierung nachzuweisen bzw. zu blockieren. Die entwickelten Strategien und Mittel zur Diagnose und Therapie der Autoimmun-Kardiomyopathie sind durch Patente geschützt und dienten als Grundstein für die Gründung des Biotech-Unternehmens Corimmun GmbH.

Kontaktdaten

Prof. Dr. med. Roland Jahns

war bis 2012 mit einem Projekt am RVZ-Netzwerk beteiligt.

Leiter Interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg (IBDW)
Universitätsklinikum Würzburg
Straubmühlweg 2A, Haus A9
D - 97078 Würzburg

Tel.:    +49 931 201-46368
Fax:    +49 931 201-646381
E-Mail: jahns_r@klinik.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen: http://www.ibdw.ukw.de/ 

Signalprozesse von Immunzellen

Das Erkennen und Beseitigen von Krankheitserregern ist die Hauptfunktion unseres Immunsystems. Für diese Aufgabe werden spezielle Immunzellen benötigt, die ein breites Spektrum an Antigenen erkennen. Obwohl es Mechanismen gibt, die eine Immunantwort auf harmlose und körpereigene Antigene verhindern, entwickelt ein signifikanter Prozentsatz der Bevölkerung Autoimmun-Krankheiten.

Unsere Arbeitsgruppe versucht die genetischen Polymorphismen (Genvariationen innerhalb einer Population), die für Autoimmunerkrankungen anfällig machen, zu verstehen und aufzudecken, welche der regulatorischen Mechanismen bei einer solchen Erkrankung versagen. Dafür schalten wir Zielgene in Modellorganismen vor allem mittels RNA-Interferenz (RNAi) nach lentiviralem Gentransfer konstitutiv aus. Nachdem wir diese Technik in dem am meisten verbreiteten Modell für Diabetes Typ I etabliert haben, verfeinern wir sie nun, um sie vielseitig anwendbar und gleichzeitig spezifischer für die Untersuchung von Immuntoleranzen zu machen. Mit dem Verständnis der genetischen Faktoren und funktionellen Signalwege, die in Autoimmunerkrankungen involviert sind, wollen wir Entwicklungen neuer therapeutischer Ansätze ermöglichen.

Kontaktdaten

Dr. Stephan Kissler

seit April 2012 am Joslin Diabetes Center, Boston, USA

Joslin Diabetes Center
One Joslin Place
Boston, MA 02215
USA

Phone: +1-617-309-4071
E-Mail: stephan.kissler@joslin.harvard.edu 

Signalprozesse von Rezeptoren

Die zyklischen Nukleotide zyklisches AMP (cAMP) und zyklisches GMP (cGMP) gehören zu den verbreitetsten intrazellulären Botenstoffen. Ihre Entdeckung und die ihrer Signalwege in den 1950er und 1960er Jahren führte erstmals zum Konzept von intrazellulären Signalwegen und sekundären Botenstoffen. cAMP und cGMP werden auf multiple Stimuli hin produziert, beeinflussen verschiedene intrazelluläre Proteine und regulieren zahlreiche biologische Funktionen.

Trotz ihrer enormen Bedeutung ist nur wenig über die zeitlichen und räumlichen Muster ihrer Bildung und Wirkweise bekannt. Um die Bedeutung von Raum und Zeit bei diesen Signalprozessen zu verstehen, entwickeln wir Methoden, mit denen wir die sekundären Botenstoffe in intakten Zellen bildlich darstellen und räumlich wie zeitlich aufgelöst analysieren können.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Martin Lohse

Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
D - 97078 Würzburg

Tel.:    +49 931 201-48401
Fax:    +49 931 201-48411
E-Mail: lohse@toxi.uni-wuerzburg.de

Laborseite

Mitarbeiter

PD Dr. Davide Calebiro

Gruppenleiter/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 451
Telefon: +49 931 31-80067

Monika Frank

Technische/r Assistent/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 461
Telefon: +49 931 31-80091

Prof. Dr. Martin Lohse

Gruppenleiter/in
Rudolf-Virchow-Zentrum - Center for Integrative and Translational Bioimaging
Universität Würzburg
Versbacher Str. 9
97080 Würzburg
Deutschland
Gebäude: Versbacher Str. 9
Raum: 108
Telefon: +49 931 31-48400

Ubiquitinierungs- und Phosphorylierungsnetzwerke verstehen und therapeutisch nutzen

Zellen reagieren auf eine Vielzahl unterschiedlicher Reize, in dem sie die Menge, Lokalisation, Konformation und Aktivität von Proteinen dynamisch regulieren. Posttranslationale Proteinmodifikationen sind dabei von zentraler Bedeutung. Die Arbeitsgruppe von Sonja Lorenz erforscht die strukturellen Grundlagen und funktionalen Auswirkungen posttranslationaler Modifikationen mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Rolle des Ubiquitinsystems in Tumorgenese und Infektion. Dazu werden hochauflösende Strukturmethoden (Kryo-Elektronenmikroskopie, Röntgenkristallographie und NMR-Spektroskopie) mit biophysikalischen, biochemischen und zellbiologischen Methoden kombiniert.

Das Ubiquitinsystem kontrolliert unzählige physiologische und krankheitsassoziierte Signalwege und bietet daher eine höchst vielversprechende Angriffsfläche für therapeutische Maßnahmen. Die Ubiquitinierung von Proteinen wird durch eine Kaskade aus Ubiquitin-acktivierenden (E1), Ubiquitin-konjugierenden (E2), und Ubiquitin-ligierenden (E3) Enzymen angetrieben und durch deubiquitinierende Enzyme moduliert. E3-Enzyme spielen eine zentrale Rolle in der Auswahl zu ubiquitinierender Substrate und der Ausbildung spezifischer Ubiquitinmodifkationen, welche die sich anschließenden Signalübertragungsprozesse maßgeblich bestimmen. Mit ca. 1000 Mitgliedern stellen E3-Enzyme die am meisten diversifizierte Klasse an Ubiquitinierungsenzymen im menschlichen Proteom und besonders attraktive therapeutische Zielpunkte dar. Dieses Potential wird anhand des Wirkstoffs Thalidomid deutlich, der erfolgreich zur Behandlung hämatologischer Krebserkrankungen eingesetzt wird und dabei ein bestimmtes E3-Enzym des RING-Typus (CRL4CRBN) beeinflußt. Diese Erkenntnis ermöglichte die Entwicklung mehrerer immunmodulatorischer Medikamente und verlieh außerdem der Idee Auftrieb, sogenannte PROTACs (proteolysis-targeting chimeras) zur Umprogrammierung des Ubiquitinsystems in der Klinik einzusetzen. Bisher wurden solche Strategien allerdings nur auf Ubiquitinligasen des RING-Typus angewandt. Gegen die höchst krankheitsrelevanten E3-Enzyme des HECT-Typus gibt es hingegen noch keine klinisch einsetzbaren niedermolekularen Wirkstoffe.

Die Arbeitsgruppe Lorenz untersucht makromolekulare Komplexe, konformationelle Dynamik und zelluläre Funktionen krebsassoziierter HECT-Ubiquitinligasen, beispielsweise HUWE1, um zu verstehen, wie diese Enzyme Substrat- und Kettenspezifität vermitteln, mit zellulären Regulatoren interagieren und therapeutisch angegriffen werden können. Weitere Arbeiten ergründen das Zusammenspiel von Ubiquitinierung und Phosphorylierung in Infektionsprozessen. Die Arbeitsgruppe Lorenz wird durch das DFG Emmy Noether-Programm, GRK 2243 (“Understanding ubiquitylation: from molecular mechanism to disease”), FOR 2314 (“Targeting therapeutic windows in essential cellular processes for tumor therapy”) und das Mildred Scheel-Nachwuchszentrum der Deutschen Krebshilfe gefördert. Im Jahr 2018 wurde Sonja Lorenz ins EMBO Young Investigator-Programm aufgenommen.

Liganden-Rezeptor Erkennung

Der Mensch ist mehr als die Summe seiner Gene – das hat die Entschlüsselung des menschlichen Genoms deutlich gezeigt. Wie die Vielzahl verschiedener Signalprozesse in den Zellen trotz relativ weniger Gene erreicht wird, wollen wir durch die Analyse von Biomolekül-Interaktionen untersuchen. Bisher hat man Protein-Protein-Interaktionen streng nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip interpretiert. Neue Daten weisen dagegen immer stärker darauf hin, dass Proteine meist mehr als nur einen Bindungspartner haben. Wird ein Reaktionsschritt von verschiedenen Proteinen durchgeführt, sichert das wichtige Signalwege ab und auch die Diversität der Signalprozesse kann durch die eingeschränkte Spezifität erhöht werden.

Wir untersuchen zwei Proteinfamilien von Sekretionsfaktoren mit Methoden der Strukturbiologie: die Cytokine IL-4, -5 und -13, die bei allergischen Erkrankungen und Asthma eine Rolle spielen, und die Bone Morphogenetic Proteine, die wichtige Regulatoren in der Embryonalentwicklung, in der Organ- und der Gewebehomöostase sind. Beide Proteinfamilien sind erstklassige Beispiele für die Liganden-Rezeptor Promiskuität. Wenn wir verstehen, wie ein Ligand mit mehreren verschiedenen Rezeptoren interagiert, erhalten wir wichtige Einblicke in die Bildung und Modulation der Bindespezifität von Proteinen auf molekularem Level.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Thomas Müller

war bis 2008 mit einem Projekt am RVZ-Netzwerk beteiligt.

Julius-von-Sachs-Insitut für Biowissenschaften
Lehrstuhl für Botanik I - Pflanzenphysiologie und Biophysik
Julius-von-Sachs-Platz 2
D - 97082 Würzburg

Tel.:     +49 931 31 - 89207
E-Mail: mueller@botanik.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen: https://www.biozentrum.uni-wuerzburg.de/bot1/forschung/prof-dr-thomas-mueller/

Posttranslationelle Genregulation

Ob sich ein Individuum zu Mann oder Frau entwickelt, hängt von dem embryonalen Prozess der Geschlechts-Determination ab. Schon früh in der Entwicklung wird ein undifferenziertes Gonadenprimordium gebildet, das sich entweder zu einem Hoden oder einem Eierstock entwickeln kann. Diese Organe wiederum produzieren die männlichen bzw. weiblichen Hormone, welche die weitere für Männer oder Frauen typische Differenzierung induzieren. Die Geschlechtsbestimmungs-Kaskade, eine hierarchisch strukturierte Kaskade von Genaktivitäten, initiiert diese Weichenstellung der Entwicklung.

Bei Menschen und den meisten Säugern steht das SRY-Gen, eines der wenigen Gene auf dem Y-Chromosom, als Hauptregulator an der Spitze dieser Kaskade. Seine Anwesenheit initiiert die männliche Entwicklung. Organfehlbildungen, Geisteskrankheiten bis hin zur teilweisen oder vollständigen Geschlechtsumkehr sind die ernsten pathologischen Konsequenzen von Störungen der Geschlechtsbestimmung.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Entwicklungsprozessen ist das regulierende Netzwerk sowie die molekulare Funktion der Komponenten der geschlechtsbestimmenden Kaskade kaum verstanden. Bei allen anderen Kontrollprozessen der Entwicklung sind die Gene an der Spitze einer solchen Kaskade normalerweise hoch konserviert, während die folgenden Komponenten variabel und meist für die speziesspezifische Realisierung des genetischen Programms (den so genannten Phänotyp) verantwortlich sind. Überraschenderweise ist die Situation bei der geschlechtsregulierenden Kaskade genau umgekehrt: Gene an der Kaskadenspitze, wie SRY, sind evolutionär gesehen instabil, können verloren gehen und sich in verschiedenen Gruppen von Organismen unterscheiden. Die Downstream-Gene dagegen sind konserviert, sogar zwischen Fliegen, Würmern und Menschen.

Wir wollen zu einem besseren Verständnis der Regulation und Funktion der geschlechts-determinierenden Kaskade beitragen und die evolutionären Kräfte zur Bildung der hohen Variabilität der primären geschlechtsbestimmenden Mechanismen verstehen lernen.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Manfred Schartl

war bis 2009 mit einem Projekt am RVZ-Netzwerk beteiligt.

Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Physiologische Chemie I
Am Hubland
D - 97074 Würzburg

Tel.:     +49 931 888 - 41 48
E-Mail: phch1@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Weitere Informationen: www.pch1.biozentrum.uni-wuerzburg.de/

Entzündungs- und Tumorbiologie

Die Einwanderung von weißen Blutzellen, so genannten Leukozyten, aus dem Blutstrom ins Gewebe ist ein zentraler Schritt bei der Entstehung von Entzündungen, die in sämtlichen Organen auftreten können. Wir untersuchen molekulare Mechanismen, die diese Leukozyten-Einwanderung vermitteln. Dabei interessieren uns einerseits die sehr frühen Ereignisse, wenn Leukozyten erstmals mit der Gefäßwand kommunizieren, andererseits auch die späten Schritte, wenn Leukozyten mit den Zellen der Gewebe, in die sie einwandern, interagieren. Wir wollen lernen, welche Rolle bestimmte Adhäsionsmoleküle als "molekulare Klebstoffe" bei Entzündungsprozessen spielen und wie man diese Moleküle hemmen kann, um entzündliche Erkrankungen ganz gezielt zu behandeln.

In einem zweiten Forschungsschwerpunkt untersuchen wir die Biologie bösartiger Tumore. Hierbei interessiert uns besonders, wie wir die Fähigkeit von Tumorzellen, den programmierten Zelltod (Apoptose) einzuleiten, wiederherstellen können. Viele Tumorzellen haben diese Fähigkeit verloren und können deshalb ungehemmt wachsen. Wir verwenden für unsere Untersuchungen verschiedene Substanzen, die neue Wege in der Tumortherapie eröffnen könnten.

Kontaktdaten

Prof. Dr. med. Michael P. Schön

seit April 2008 Direktor der Abteilung Dermatologie, Venerologie and Allerlogie an der Universitätsmedizin Göttingen

E-Mail: michael.schoen@med.uni-goettingen.de

Weitere Informationen: www.med.uni-goettingen.de/de/content/medversorgung/218_327.html

Struktur und Funktion der BMP-Rezeptoren

„Bone morphogenetic“ Proteine (BMPs) und BMP-ähnliche Proteine sind Schlüsselregulatoren der Organentwicklung und Geweberegeneration. Fehlregulationen von BMP-Signalwegen können unter anderem zur Tumorbildung, zu kardiovaskulären und urogenitalen Erkrankungen und zu Skelettmuskelkrankheiten führen. Wir wollen verstehen, wie die BMPs ihre Rezeptoren binden und aktivieren und wie sie durch extrazelluläre Modulatoren reguliert werden. Dazu untersuchen wir sowohl die Struktur der Liganden-Rezeptor-Komplexe, als auch die energetischen und kinetischen Prozesse bei der Interaktion von BMPs mit ihren Rezeptoren und Modulatoren. Wir erzeugen BMPs, die Mutationen in familiären Erkrankungen nachahmen und die für den Einsatz in der regenerativen Medizin und bei Skelettmuskelerkrankungen geeignet sind.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Walter Sebald

war bis 2008 mit einem Projekt am RVZ-Netzwerk beteiligt.

Theodor-Boveri-Insitut für Biowissenschaften
Physiologische Chemie II
Am Hubland
D - 97074 Würzburg

Tel.:     +49 931 888 - 41 11
E-Mail: sebald@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Funktionelle Proteomics-Analyse

Massenspektrometrie hat sich in den letzten Jahren zu einer Schlüsseltechnologie im Bereich Proteomics entwickelt. Will man komplexe Proteingemische analysieren, trennt man die einzelnen Eiweiße mit 2D-Gelelektrophorese und identifiziert dann die einzelnen Proteinspots mit massenspektrometrischen Methoden. Hierbei können kleinste Mengen an Peptiden effizient detektiert und Proteine identifiziert werden. In Kombination mit miniaturisierter Hochleistungs-Flüssigchromatographie (nano-HPLC) ist es darüber hinaus möglich, komplexe Peptidmischungen zu analysieren.

Der Abschluss vieler Genomprojekte und die fortlaufende Arbeit an Proteomics-Projekten lässt Proteinmodifikationen immer mehr in den Fokus des allgemeinen Interesses treten. Vermutlich sind Modifikationen wie z. B. Phosporylierungen und Glykosylierungen an jedem zweiten Protein zu finden. Sie spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen biologischen und biochemischen Stoffwechselwegen wie z.B. der Signaltransduktion oder der Zell-Zell-Erkennung. Zur Identifizierung der beteiligten Proteine muss neben den etablierten Gel-basierten Verfahren zusätzlich eine große Anzahl massenspektrometrischer Technologien und HPLC-Methoden eingesetzt werden.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Albert Sickmann 

seit September 2008 Leiter des Fachbereichs Proteomics am Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS)

E-Mail: albert.sickmann@isas.de

Weitere Informationen: www.isas.de

Architektur von Synapsen

Die Signalübertragung von einer Nervenzelle auf eine Rezipientenzelle (z.B. eine weitere Nervenzelle, eine Muskelzelle) findet an speziellen Kontaktstrukturen, den Synapsen, statt. Ein spezialisierter Bereich der Nervenzelle, die präsynaptische Aktivzone, setzt dazu in einem Ca2+-abhängigen Prozess Neurotransmitter frei. Diese chemischen Mediatoren übertragen den Nervenimpuls auf Rezeptoren an der postsynaptischen Membran.

Wie genau sich die synaptischen Bestandteile zusammensetzen und ihre Funktion koordinieren ist Gegenstand intensiver Forschungen. Durch die genetische Anaylse der Fruchtfliege Drosophila konnten wir einen Hauptorganisator der präsynaptischen Aktivzone identifizieren: ein Protein, das wir Bruchpilot getauft haben. Ohne Bruchpilot ist die Aggregat-Bildung der präsynaptischen Kalziumkanäle gestört und die Freisetzung von Neurotransmittern stark reduziert.

Wir wollen die Architektur der Aktivzonen durch die Analyse von Synapsen der Modellorganismen Fliege und Maus aufklären. Dazu kombinieren wir genetische und biochemische Analysemethoden mit einer neuen Errungenschaft der Lichtmikroskopie: der Stimulierten Emissions Mikroskopie (STED). STED steigert die Auflösung der Fluoreszenzmikroskopie um ein Vielfaches und enthüllt bisher nicht auflösbare Substrukturen der molekularen Architektur der Synapsen. So wollen wir Erkenntnisse auf den Gebieten von Lernen und Gedächtnis, wie auch von degenerativen Erkrankungen des Nervensystems gewinnen.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Stephan Sigrist

seit September 2008 Professor an der Freien Universität Berlin, Institut für Biologie und Genetik

E-Mail: stephan.sigrist@fu-berlin.de

Weitere Informationen: http://genetik.bcp.fu-berlin.de

Molekulare Tumorbiologie

Krebserkrankungen sind noch immer die zweithäufigste Todesursache in Europa. Am Anfang stehen Veränderungen der DNA, die zumeist sofort korrigiert werden können. In seltenen Fällen versagen diese Reparaturmechanismen jedoch. Mutationen sammeln sich in der DNA an und führen zum unkontrollierten Wachstum einzelner entarteter Zellen. Die häufigste Mutation bei Krebspatienten tritt im p53 Tumorsuppressorgen auf. Dessen Aufgabe ist es, als "Wächter des Genoms" die Entstehung von Krebs zu verhindern. Inzwischen hat man zwei neue Gene (p63 und p73) identifiziert, die verblüffende Ähnlichkeit mit p53 aufweisen. Ihre Rolle bei der Krebsentstehung ist bislang unklar. Ziel unserer Forschung ist es, durch eine vergleichende Analyse der drei Gene in verschiedenen Zellkultur- und Tiermodellen, die Bedeutung der einzelnen p53-Familienmitglieder bei der normalen Entwicklung und der Krebsentstehung zu verstehen.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Thorsten Stiewe

seit April 2007 Professor am Institut für Molekularbiologie und Tumorforschung
an der Universität Marburg

E-Mail: thorsten.stiewe@staff.uni-marburg.de

Weitere Informationen: www.imt.uni-marburg.de

Hormonregulation des Metabolismus

Um zu überleben, müssen sich Organismen an Schwankungen in der Verfügbarkeit von Nährstoffen anpassen können. Die spezifischen Antworten verschiedener Organe auf Hunger oder Nahrungsaufnahme werden durch ein komplexes Zusammenspiel von Hormonsignalen reguliert. Störungen in der Wahrnehmung von Nährstoffen führen zu Stoffwechselkrankheiten, inklusive Typ-2-Diabetes (T2D). Wir kombinieren genetische und biochemische Ansätze, um die komplexen Signale in verschiedenen Organen (z.B. Leber und Fettgewebe) bei Hunger, Nahrungsaufnahme und anderen physiologischen Zuständen zu verstehen.

Fettgewebe und Leber sind entscheidend für die Anpassung sowohl an Nahrungsentzug als auch an Nahrungsaufnahme, da sie große Mengen Nährstoffe aufnehmen können und sie bei Bedarf freisetzen. Im gesättigten Zustand stimuliert Insulin die Ablagerung von Zuckern und Lipiden in der Leber und von Triglyceriden im Fettgewebe. Bei Nahrungsentzug reagiert das Fettgewebe auf den Mangel an Nährstoffen mit Lipolyse – der Mobilisierung und Freisetzung freier Fettsäuren (FFAs von free fatty acids) und von Glycerin durch Katabolismus gespeicherter Triglyceride. Die Leber catabolisiert bei Nährstoffmangel gespeicherte Polysaccharide und induziert die Gluconeogenese (de novo Glucose-Produktion) aus Glycerin und anderen Substraten. Aufnahme und Nutzung von Zucker in der Leber sinkt, stattdessen werden FFAs aus dem Fettgewebe beta-oxidiert und Ketonkörper produziert. Unkontrollierte Aktivierung der Hungerantwort in diesen Organen weitgehend unabhängig von Änderungen in der Nahrungsversorgung trägt zu Hyperglykämie und Hyperlipidämie bei, typischen Kennzeichen von T2D, die ein bedeutendes weltweites Gesundheitsproblem darstellt.

Vor kurzem haben wir mit "gut-derived serotonin" (GDS) ein grundlegend neues Hormon in der Regulierung der Hungerantwort in Mäusen entdeckt. Wir haben gezeigt, dass GDS Lipolyse im Fettgewebe und Gluconeogenese in der Leber fördert, die Aufnahme von Glukose in der Leber aber hemmt. Interessanterweise reichte eine Hemmung der GDS-Synthese aus, Hyperglykämie und Hyperlipidämie in diabetischen Mäusen zu verringern. Die molekularen Mechanismen der GDS-Wirkung auf Fettgewebe und Leber sind allerdings unbekannt. Eine wichtige Aufgabe unseres Labors ist derzeit, diese Mechanismen mit einer Kombination gezielter und ergebnisoffener Ansätze zu verstehen.

Weitere Schwerpunkte legen wir auf die Identifikation neuer Signalkaskaden und hormoneller Signale in der Regulierung der Lipolyse im Fettgewebe und der Gluconeogenese, FFA Beta-Oxidation und Ketonkörperproduktion in der Leber mit genetischen und ergebnisoffenen Ansätzen. Unsere Arbeitsgruppe wird durch das Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

In-Vivo-Bildgebung

Injiziert man Bakterien intravenös in lebende Tiere, dringen sie in Tumore und Metastasen ein und beginnen sich dort zu vermehren. Mit Hilfe von Luciferase katalysierter Lumineszenz und GFP-Fluoreszenz können wir den tumorspezifischen Amplifikationsprozess in Echtzeit visualisieren und somit Tumore und Metastasen sichtbar machen. Alle getesteten attenuierten E. coli-, Vibrio cholerae- , Salmonella thyphimurium- und Listeria monocytogenes-Stämme waren in der Lage, in den Tumor einzudringen und sich in ihm zu vermehren. Das im Cytosol replizierende Vaccinia-Virus besitzt die gleichen Eigenschaften, wie durch Low Light Imaging gezeigt werden konnte. Die Kolonisierung von Tumoren durch Mikroorganismen konnte sowohl in immunkompetenten als auch in immunsupprimierten Nagern mit syngenen und allogenen Tumoren beobachtet werden. Die injizierten Mikroorganismen haben offensichtlich die Fähigkeit, dem Immunsystem des Tieres zu entkommen und im immunprivilegierten Milieu des Tumors zu überleben. Daher ist es denkbar, dass Bakterien und Viren in der Tumordiagnose und - therapie eingesetzt werden könnten.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Aladar Szalay

Theodor-Boveri-Institut am Biozentrum
Universität Würzburg
Am Hubland
97074 Würzburg
Tel: +49 931 - 31 84010

E-Mail: szalay@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Mechanismen der DNA-Reparatur

DNA wird fortlaufend beschädigt, sowohl durch in unseren Zellen natürlich vorkommende als auch durch exogene Faktoren (wie z.B. hoch-energetische Strahlung). Zusätzlich zu den diversen Schäden, die vormals „gesunder“ DNA zugefügt werden, werden auch im Replikations-Prozess selbst Fehler im genetischen Code induziert (beispielsweise Basenfehlpaarung). Wenn diese Defekte nicht behoben werden, kann diese fehlerhafte DNA zum Zelltod oder zu ernsthaften Erkrankungen wie Krebs führen. Um die Stabilität des Genoms aufrecht zu erhalten, haben sich deshalb mehrere DNA-Reparaturmechanismen entwickelt: die Basen-Exzissionsreparatur (englisch: base-excision repair; BER), die Nukleotid-Exzissionsreparatur (englisch: nucleotide-excision repair; NER), die Rekombinatiosreparatur, die Basen-Misspaarungsreparatur (englisch: mismatch repair; MMR) und  die direkte Schadensumkehr. Diese DNA-Reparatursysteme sind auf unterschiedliche Arten von DNA-Schäden spezialisiert und viele von ihnen sind evolutionär konserviert.

Wir nutzen die Rasterkraftmikroskopie (englisch: atomic force microscopy; AFM) in Verbindung mit anderen biophysikalischen und biochemischen Ansätzen zur Untersuchung von Protein-DNA-Komplexen, die in der DNA-Reparatur involviert sind. AFM ermöglicht es uns, molekulare Anordnungen auf der Ebene einzelner Moleküle direkt sichtbar zu machen. Wir interessieren uns im Besonderen für das Verständnis der verschiedenen Erkennungsstrategien, welche sich bei den unterschiedlichen Reparaturmechanismen für die verschiedenen DNA-Defekte entwickelt haben. Ein weiterer Schwerpunkt unseres Labors liegt auf der Weiterentwicklung der AFM-Technik, um einen erweiterten Zugang zu maximaler und optimaler Information zu den Proben zu erzielen. In diesem Rahmen arbeiten wir an der Entwicklung eines kombinierten Fluoreszenz-AFM Systems für hochaufgelöste Abbildungen von Multi-Proteinkomplexen.  

Membranbiologie

Damit ein Organismus koordiniert auf Reize antworten kann, müssen die einzelnen Zellen untereinander kommunizieren. In extrazellulären Vesikeln können Zellen Signale freisetzen, die Differenzierungsziele oder die Immunantwort ändern. Wir wollen herausfinden, wie diese Vesikel an der Oberfläche von Zellen entstehen und inwieweit dieser Vorgang mit der viralen Knospung vergleichbar ist. Dies ist ein entscheidender erster Schritt, um eines Tages die Entstehung von extrazellulären Vesikeln verstärken oder unterdrücken zu können und so den Schweregrad einer Erkrankung zu überwachen oder zu beeinflussen.

Die meisten Zellen können extrazelluläre Vesikel (ECVs) freisetzen, die Lipid-, Protein- oder Nukleinsäuresignale übertragen. Während über diese Signalübertragung recht viel bekannt ist, versteht man die Bildung dieser Vesikel noch kaum. Im genetischen Modellsystem C. elegans haben wir das erste Gen entdeckt, das Vesikelbildung verhindert, TAT-5. Würmer mit tat-5-Mutation produzieren zu viele Vesikel. TAT-5 ist ein evolutionär konserviertes Protein, das die Verteilung bestimmter Lipide zwischen den beiden Schichten der Plasmamembran reguliert. Das legt nahe, dass bestimmte Lipide entscheidend dafür sein könnten, diese Dynamik der Membran zu regulieren. Wir wollen verstehen, wie genau TAT-5 und die Lipidverteilung in der Membran die Bildung von ECVs bestimmen.

Außerdem zeigen die tat-5-Mutanten neben Problemen bei der ECV-Bildung auch Störungen, die Einblicke in den intrazellulären Transport ermöglichen könnten. Die Analyse dieser Störungen wird unsere Untersuchungen zur Entstehung von ECVs ergänzen und das Zusammenspiel von Lipiden und Lipidregulatoren während des dynamischen Umbaus der Membran aufklären.

TAT-5 war das erste Protein, das als Hemmer der ECV-Entstehung entdeckt wurde, aber vermutlich nicht das einzige, das hier regelnd eingreift. Tatsächlich spielen bei der Bildung von ECVs in C. elegans auch konservierte Regulatoren der viralen Knospung eine Rolle. Insbesondere sind die kleine GTPase RAB-11 und der der Membran-formende ESCRT-Komplex dafür notwendig. Mit der gleichen Strategie, die RAB-11 und den ESCRT-Komplex entdeckt hat, wollen wir weitere Proteine identifizieren, die die Entstehung von ECV beeinflussen, und so den Regelmechanismus bestimmen. So entdeckte Proteine könnten auch in anderen Systemen genutzt werden, um die ECV-Produktion zu verändern und so möglicherweise nicht-invasive Biomarker verfügbar machen oder Krankheiten beeinflussen.

Nicht zuletzt wird ein besseres Verständnis der Entstehung von extrazellulären Vesikeln uns auch ermöglichen, diese gezielt zu verstärken oder zu hemmen. So können wir testen, welche Signalwege auf ECVs angewiesen sind. Wir werden erforschen, wie eine Änderung der ECV-Produktion konservierte Signalwege in der Entwicklung von C. elegans beeinflusst. Zusammenfassend werden wir die Rolle von Lipid- und Proteinmolekülen für die Membrandynamik untersuchen und die Rolle von ECVs in Signalprozessen zwischen Zellen.

Immunpathogenese der Arteriosklerose

Arteriosklerose - umgangssprachlich auch als "Gefäßverkalkung" bekannt - ist nach wie vor eine der häufigsten Todesursachen in der westlichen Welt. Klinisch führt sie zum Verschluß von Gefäßen und ist die Hauptursache für Herzinfarkt und Schlaganfall. Verantwortlich dafür sind Schädigungen der Gefäßwand, die zu einer chronischen Entzündung führen: aus dem Blut wandern Zellen des Immunsystems an die geschädigte Stelle und produzieren Signalstoffe, die weitere Immunzellen zum Ort des Geschehens rufen. Es kommt zur Ausbildung arteriosklerotischer Plaques. Es ist bekannt, dass die Antwort des Immunsystems in allen Phasen der Arteriosklerose eine wichtige Rolle spielt. Dennoch ist noch unklar, wie genau bestimmte Immunzellen die Entwicklung der Erkrankung steuern.

Wir beschäftigen uns mit der Rolle verschiedener Immunzellpopulationen bei der Erkrankung, indem wir spezifische, von diesen Zellen produzierte Schlüsselmoleküle (z.B. Zytokine, microRNAs) untersuchen. Für die Entwicklung neuer Therapieansätze ist es wichtig, die zellulären Bestandteile und deren Funktionen und das Gleichgewicht und Wechselspiel zwischen verschiedenen Immunzellen bei der Entwicklung der Erkrankung zu verstehen.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Alma Zernecke-Madsen

Leitung des Inistituts für experimentelle Biomedizin, Lehrstuhl II.

Institut für Experimentelle Biomedizin
Lehrstuhl II
Haus D16
Josef-Schneider-Str. 2
97080 Würzburg

Tel.:      +49 931 201-48330
E-Mail: zernecke_a@ukw.de