Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF)
Nachwuchsgruppen

NWG1: Apoptose und Zelltod

Die Nachwuchsgruppe “Apoptose und Zelltod“ beschäftigte sich mit den molekularen Mechanismen, die zur Degeneration von Neuronen nach Schlaganfall und bei chronisch neurodegenerativen Erkrankungen, insbesondere beim Morbus Alzheimer, führen. Die Aktivierung eines biochemisch determinierten Zelltodprogrammes (Apoptose) und eine pathophysiologische Überaktivierung von Glutamatrezeptoren (Exzitotoxizität) spielen hierbei eine kritische Rolle. Parallel dazu liegt ein weiterer Schwerpunkt unserer Untersuchungen auf den molekulare Mechanismen und therapeutischen Interventionsmöglichkeiten der Apoptosedefizienz von Tumorzellen. Zielstruktur und potentielles pharmakologisches Target ist aufgrund seiner zentralen Rolle bei der Induktion der Apoptose das Mitochondrion. Mitochondrien setzen während der Apoptose pro-apoptotische Faktoren in das Zytosol frei. Dieser Mechanismus ist unter anderem essentiell für die Aktivierung der Caspasen und wird durch die Aktivität der Genprodukte der bcl-2-Familie negativ oder positiv reguliert.

Wir untersuchen mit Hilfe molekularbiologischer, biochemischer und fluoreszenzoptischer Methoden die Mechanismen der Apoptose-Induktion durch pro-apoptotische Genprodukte der bcl-2-Familie, bzw. die Hemmung dieses Prozesses durch deren anti-apoptotische Mitglieder in klinisch relevanten Modellen. Die Translokalisation pro- und anti-apoptotischer Genprodukte werden mit Hilfe des GFP-Imaging und der konfokalen Laserscantechnologie im Time-Lapse-Verfahren in Echtzeit beobachtet. Dies ermöglicht einen Einblick in die Reihenfolge apoptotischer Prozesse und mögliche Interventionsmöglichkeiten im zellulären Kontext. Die Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)-Technologie ermöglicht uns die fluoreszenzoptische Beobachtung von Protein-Protein-Interaktionen (< 40 Å) unter Einsatz zweier GFP-Mutanten. Dieser Prozess kann ratiometrisch auf zellulärer und subzellulärer Ebene in einem zeitlichen Fenster direkt erfasst und quantifiziert werden. Diese Technik dient sowohl zur Aufklärung von Interaktion und Oligomerisierung von Bcl-2-Familienproteinen, als auch zur Beobachtung der Caspase-Aktivierung in lebenden Zellen. Ein weiteres Ziel der Nachwuchsgruppe ist die Aufklärung der transkriptionellen und posttranskriptionellen Regulation der Bcl-2-Familienmitglieder bei pathophysiologischen Prozessen.

Beteiligter Wissenschaftler:

Univ.- Prof. Dr. rer. nat. Jochen H. M. Prehn

Veröffentlichungen:

Krohn AJ, Preis E und Prehn JHM (1998) Staurosporine-induced apoptosis of cultured rat hippocampal neurons involves caspase-1-like proteases as upstream initiators and increased production of superoxide as a main downstream effector. J Neurosci 18:8186-8197.

Krohn AJ, Wahlbrink T und Prehn JHM (1999) Mitochondrial depolarization is not required for neuronal apoptosis. J Neurosci 19:7394-7404.

Lankiewicz S, Luetjens CM, Bui NT, Krohn AJ, Poppe M, Cole GM, Saido TC und Prehn JHM (2000) Activation of calpain I converts excitotoxic neuron death into a caspase-independent cell death. J Biol Chem 275:17064-17071.

Luetjens CM, Bui NT, Sengpiel B, Münstermann G, Poppe M, Krohn AJ, Bauerbach E, Krieglstein J und Prehn JHM (2000) Delayed mitochondrial dysfunction in excitotoxic neuron death: cytochrome c release and a secondary increase in superoxide production. J Neurosci 20:5715-5723.

Luetjens CM, Lankiewicz S, Poppe M, Krohn AJ, Böckelmann D und Prehn JHM. (2001) Upregulation of Bcl-xL in response to subtoxic ß-Amyloid: role in neuronal resistance to apoptotic and oxidative injury. Neuroscience 102:139-150.

Bui NT, Livolsi A, Peyron J-F und Prehn JHM (2001) Activation of NF-kB and bcl-x survival gene expression by nerve growth factor require tyrosine phosphorylation of IkBa. J Cell Biol 152: 753-764.

Poppe M, Reimertz C, Düßmann H, Krohn AJ, Luetjens CM, Böckelmann D, Nieminen A-L, Kögel D und Prehn JHM (2001) Dissipation of mitochondrial potassium and proton gradients inhibits cytochrome c release during neural apoptosis. J Neurosci 21:4551-4563.

Luetjens CM, Kögel D, Reimertz C, Düßmann H, Renz A, Schulze-Osthoff K, Nieminen A-L, Poppe M und Prehn JHM (2001) Multiple kinetics of mitochondrial cytochrome c release in drug-induced apoptosis. Molec Pharmacol 60:1008-1019.

Reimertz C, Kögel D, Lankiewicz S, Poppe M und Prehn JHM. (2001) Ca2+-Induced inhibition of apoptosis in SH-SY5Y neuroblastoma cells: degradation of apoptotic protease-activating factor 1 (APAF-1). J Neurochem 78:1256-1266.

Kögel D, Reimertz C, Mech P, Poppe M, Engemann H, Frühwald MC, Scheidtmann KH und Prehn JHM (2001) DAP-like kinase-induced apoptosis in medulloblastoma cells: requirement of the mitochondrial apoptosis pathway. Br J Cancer 85:1801-1808.

Bui NT, König H-G, Culmsee C, Bauerbach E, Poppe M, Krieglstein J, und Prehn JHM (2002) p75 Neurotrophin receptor is required for constitutive and NGF-induced survival signaling and bcl-xL expression in PC12 cells and rat hippocampal neurons. J Neurochem 81:594-605.

Poppe M, Reimertz C, Münstermann G, Kögel D und Prehn JHM (2002). Ceramide-induced apoptosis of D283 medulloblastoma cells requires mitochondrial respiratory chain activity but occurs independently of caspases and is not sensitive to Bcl-xL overexpression. J Neurochem 82:482-494.

Wobser H, Düßmann H, Kögel D, Wang H, Reimertz C, Wollheim CB, Byrne MM und Prehn JHM (2002) Dominant-negative suppression of HNF-1 results in mitochondrial dysfunction INS-1 cell apoptosis, and increased sensitivity to ceramide- but not to high glucose-induced cell death. J Biol Chem 277: 6413-6421.

Kögel D, Reimertz C, Düßmann H, Mech P, Scheidtmann KH und Prehn JHM (2003). The Death Associated Protein (DAP) kinase homologue Dlk/ZIP kinase induces p19ARF and p53-independent apoptosis. Eur J Cancer (im Druck).

Rehm M, Düßmann H, Kögel D, Jänicke RU, Tavare JM und Prehn JHM (2002). Single-cell fluorescence resonance energy transfer analysis demonstrates that activation caspases during apoptosis is a rapid process: Role of caspase 3. J Biol Chem 277:24506-24514.

Düßmann H, Rehm M, Kögel D und Prehn JHM (2003). Cytochrome c release during apoptosis triggers caspase-independent mitochondrial and caspase-dependent plasma membrane depolarization. J Cell Sci (im Druck).

Svenson B, Peters M, König H-G, Poppe M, Levkau B, Rothermundt M, Arolt V, Kögel D und Prehn JHM (2002). VEGF protects rat hippocampal neurons against hypoxic cell injury via an anti-excitotoxic, caspase-independent mechanism. J Cereb Blood Flow Metab 22:1170-1175.

Düßmann H, Rehm M, Kögel D, Prehn JHM (2003). Outer mitochondrial membrane permeabilization and superoxide production during apoptosis: a single cell study. J Biol Chem (im Druck).