Herzlich willkommen am Institut für Integrative Zellbiologie und Physiologie
Hier entsteht die Homepage des neu gegründeten Instituts für Integrative Zellbiologie und Physiologie (IIZP), das aus dem Zusammenschluss des Instituts für Molekulare Zellbiologie (IMZ) und dem Institut für Zoophysiologie (IZP) hervorgegangen ist.
Dieses neue Institut entstand aus der Erkenntnis, dass physiologische und zellbiologische Prozesse eng miteinander verknüpft sind und nicht unabhängig voneinander verstanden werden können. Das IIZP hat die Mission, die komplexen Strukturen und physiologischen Prozesse in tierischen Zellen und Organismen auf unterschiedlichen Zeit- und Größenskalen zu untersuchen. Unser Ziel ist es, durch diesen Ansatz die molekularen, zellulären und biophysikalischen Prinzipien entwicklungsbiologisch, physiologisch und pathologisch relevanter Prozesse aufzuklären.
Die Forschungsarbeiten am IIZP integrieren Experimente an einzelnen Molekülen, isolierten Zellen, Geweben und lebenden Organismen. Dabei werden unterschiedliche Modellsysteme genutzt, die von Zellkulturen, Amöben, Krebstieren, Fadenwürmern und Fruchtfliegen bis hin zum Mausmodell reichen. Für unseren integrativen Forschungsansatz kombinieren wir biochemische und genetische Verfahren mit hoch-auflösenden, quantitativen Mikroskopie-Methoden.
Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten unserer Forschungsgruppen.
Aktuelles
Neuer Signalweg zur Regulierung axonaler Mitochondrien entdeckt
Mehr zur Arbeit finden Sie hier.
Forschungsförderung
Die Arbeit wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.
Originalpublikation
Di Meo, D., Ravindran, P., Sadhanasatish, T., Dhumale, P., Püschel, A.W. (2021). The balance of mitochondrial fission and fusion in cortical axons depends on the kinases SadA and SadB. Cell Rep. 37, 110141. doi: 10.1016/j.celrep.2021.110141.
Optimiertes Mikroskopie-Verfahren ermöglicht Einzelmolekül-Detektion unter nativen Bedingungen
WWU Forscher optimieren Hochauflösungsmikroskopie-Anwendung zur Einzelmolekül-Detektion / Studie als Coverstory in ChemBioChem publiziert
Die Entwicklung der Hochauflösungsmikroskopie, die 2014 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, erlaubt die Analyse zellbiologischer Prozesse mit einer Präzision von wenigen Nanometern, was sogar die Unterscheidung einzelner Moleküle innerhalb von Zellen möglich macht. Eine Limitation dieser Methode ist jedoch, dass in aller Regel die Zielmoleküle genetisch modifiziert werden müssen, um eine möglichst präzise Messung zu erreichen. Forschern an der WWU Münster haben nun ein Proteinmarkierungs-Verfahren optimiert, so dass auch native, nicht-modifizierte Proteine in ihrer natürlichen Umgebung auf der Einzelmolekülebene sichtbar gemacht und quantifiziert werden können.
Hintergrund und Methode
Hochauflösungsmikroskopie wird in der Regel mit einem Verfahren ermöglicht, bei dem durch eine kurzzeitige Anbindung von fluoreszent-markierten Proben Signale an einzelnen Molekülen erzeugt werden, wodurch deren genaue Lokalisation innerhalb der Zelle berechnet werden kann. Hierzu wird jedoch in aller Regel das zu untersuchende Molekül genetisch modifiziert. DNA-PAINT beruht zum Beispiel darauf, dass eine DNA-Bindestelle an das Zielprotein angebracht wird, an die wiederum komplementäre, fluoreszierende DNA-Stränge zur Detektion binden können. Andere Hochauflösungsmikroskopie-Methoden beruhen auf der Modifikation durch fluoreszente Proteine, die nach Wunsch an- und ausgeschaltet werden. Da solche genetischen Modifikationen in vielen Anwendungen aber unerwünscht und mitunter auch gar nicht möglich sind, bedarf es neuer Methoden zur Detektion nicht modifizierter, endogener Proteine.
Lisa Fischer, Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Prof. Carsten Grashoff, entwickelte daher nun ein Verfahren, genannt Direct Peptide-PAINT, mit dem ein zentrales Zelladhäsionsprotein, Talin, mit einem fluoreszierenden Interaktions-Peptid markiert werden kann. Die erste Anwendung lieferte so nicht nur ersten Einblicke in die Verteilung dieses Moleküls in differenzierenden Stammzellen, es konnten auch erstmals einzelne Talin-Proteine in Gewebeschnitten sichtbar gemacht werden. Das neue Verfahren scheint daher geeignet, um die Untersuchung von Adhäsionsprozessen unter patho-physiologischen relevanten Bedingungen möglich zu machen. Die Forscher erwarten, dass dies wichtige, molekulare Einblicke in Krankheitsbilder erlaubt, denen eine dysfunktionale Zelladhäsion zu Grunde liegt.
Forschungsförderung
Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Human Frontier Science Programm gefördert.
Originalpublikation
Lisa S. Fischer, Thomas Schlichthaerle, Anna Chrostek-Grashoff, and Carsten Grashoff. Peptide-PAINT Enables Investigation of Endogenous Talin with Molecular Scale Resolution in Cells and Tissues. DOI: 10.1002/cbic.202100301
Zentraler Adhäsionskomplex durch neues Analyseverfahren nachgewiesen
Forscher der WWU entwickeln neues Verfahren zur Einzelmolekülanalyse / Studie in „Nature Communications“
Die Zellen von Organismen sind aus Untereinheiten aufgebaut, die sich aus einer Vielzahl einzelner Moleküle zusammensetzen. Wie sich diese unterschiedlichen Proteine auf molekularer Ebene anordnen, ist in vielen Fällen allerdings noch unverstanden, da es an geeigneten Analyseverfahren mangelt. Forscherinnen und Forscher an der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben nun in Zusammenarbeit mit Kollegen am Max-Planck-Institut für Biochemie, München, ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Anordnung und Dichte von einzelnen Proteinen in Zellen bestimmen lässt. Durch die Anwendung der neuen Analysemethode wies das Team einen Komplex aus drei sogenannten Adhäsionsproteinen nach, der für die Fähigkeit von Zellen, sich im Gewebe anheften zu können, eine zentrale Rolle zu spielen scheint. Die Studienergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. mehr
Finanzierung
Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Originalpublikation
L.S. Fischer, C. Klingner, T. Schlichthaerle, M.T. Strauss, R. Böttcher, R. Fässler, R. Jungmann, C. Grashoff. Quantitative single-protein imaging reveals molecular complex formation of integrin, talin, and kindlin during cell adhesion. Nature Communications 12, 919 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21142-2
Neuer Mechanismus der molekularen Kraftübertragung in Muskelzellen entdeckt
Forscher der WWU weisen mechano-biologische Funktion eines Muskel-spezifischen Proteins nach / Studie in Nature Communications publiziert
Die Fähigkeit von Zellen, mechanische Reize erkennen und beantworten zu können, ist für eine Vielzahl zellulärer Prozesse wichtig. Die Mechanismen, welche diesen Prozessen zu Grunde liegen, sind jedoch auf molekularer Ebene noch weitgehend unverstanden. Wissenschaftler der Universität Münster haben nun herausgefunden, wie das muskelspezifische Adhäsionsprotein Metavinkulin die Übertragung mechanischer Kräfte in Zellen moduliert. Ihre Arbeit wurde vor kurzem in Nature Communications veröffentlicht.
Hintergrund und Methode
Die Interaktion von Zellen mit dem umgebenden Gewebe werden von spezialisierten Adhäsionsstrukturen vermittelt, die mechanischer Informationen in und aus der Zelle weiterleiten. Da diese Strukturen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Proteine bestehen, ist es aber unklar, wie mechanische Signale auf molekularer Ebene übertragen werden. Um derartige Prozesse genauer verstehen zu können, entwickelt das Grashoff Labor an der WWU Münster Biosensoren, mit denen durch mikroskopische Verfahren mechanische Kräfte von nur wenigen Pikonewton bestimmt werden können. In der neuesten Studie wurde diese Technik auf Metavinkulin angewandt, ein Adhäsionsprotein das in Muskelzellen vorkommt und mit einer Herzerkrankung, genannt Kardiomyopathie, in Verbindung gebracht wird.
Indem eine Reihe genetisch veränderter Zellen mikroskopisch vermessen wurden, konnten die Autoren nun nachweisen, dass die Gegenwart von Metavinkulin die Art der molekularen Kraftübertragung moduliert. “Unsere Daten zeigen, dass Metavinkulin eine Funktion als mechanisches Dämpfer-Protein haben könnte, damit Muskelgewebe hohen mechanischen Belastungen besser standhalten“, erklärt der Studienleiter Prof. Dr. Carsten Grashoff. “Dies ist ein recht interessantes Beispiel dafür, wie einzelne Proteine die Kraftübertragung in Zellen verändern können.”
Überraschenderweise fanden die Autoren im Mausmodell keinen Hinweis darauf, dass die Abwesenheit von Metavinkulin zu Kardiomyopathie führt. Dies weist darauf hin, dass die Funktion von Metavinkulin deutlich komplexer ist als bisher gedacht. mehr
Forschungsförderung
Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Originalpublikation
Verena Kanoldt, Carleen Kluger, Christiane Barz, Anna-Lena Schweizer, Deepak Ramanujam, Lukas Windgasse, Stefan Engelhardt, Anna Chrostek-Grashoff, and Carsten Grashoff. Metavinculin modulates force transduction in cell adhesion sites. DOI: 10.1038/s41467-020-20125-z.
Myosine: Eine Superfamilie von Molekularmotoren
Ein neues Buch ist erschienen, das umfassend die Myosinproteine, aktinabhängige Motormoleküle, beschreibt. Darin enthalten ist ein Artikel der AG Bähler der das aktuelle Wissen zu den Klasse IX Myosinen zusammenfasst. Klasse IX Myosine besitzen nicht nur einzigartige Motoreigenschaften, sondern sind gleichzeitig negative Regulatoren eines wichtigen Signalweges, der verschiedene zelluläre Prozesse, wie beispielsweise Zellmorphologie und Zellwanderung, steuert.