Lehre
Das Institut beteiligt sich an der Ausbildung von Medizinstudenten (Biologie für Mediziner, Doktorarbeiten) und in den Studiengängen Biologie und Biotechnologie des Fachbereichs Biologie. Außerdem ist es Teil des internationalen Graduiertenkollegs 'Molecular basis of dynamic cellular processes'.
Forschungsschwerpunkte
Die Forschungsarbeiten im Institut beschäftigen sich mit der Regulation von Membran/Zytoskelett-Interaktionen im Verlauf verschiedener biologischer Prozesse. Hierbei gilt ein Hauptaugenmerk der Bedeutung des Ca2+, das als 'second messenger' Signale auf das submembranöse Zytoskelett überträgt, die u.a. zu Veränderungen in der Zellform, zu Modulationen von interzellulären Kontakten und zu Regulationen von intrazellulären Membrantransportprozessen führen. Ca2+-bindende Proteine übertragen hierbei als sogenannte Effektorproteine das eigentliche Ca2+-Signal, d.h. transiente Anstiege im intrazellulären Ca2+-Spiegel, auf die angesprochenen Membran/Zytoskelett-Strukturen. Im Institut werden sowohl biochemische, strukturelle und funktionelle Parameter unterschiedlicher Ca2+-Effektorproteine als auch generelle mechanistische Aspekte der Zell/Zell-Wechselwirkung und des intrazellulären Membrantransport untersucht. Unter anderem wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:
1. Strukturelle und funktionelle Charakterisierung Ca2+-bindender Proteine
Die Ca2+- und Lipid-bindenden Proteine Annexin 1 und 2 wurden eingehenden biophysikalischen Untersuchungen unterzogen. Hier konnten wir in Zusammenarbeit mit Prof. C. Steinem (Institut für analytische Chemie, Regensburg) die Membrananbindung dieser Annexine sowie ihre topologische Anordnung auf Modellmembranen beschreiben. Im Rahmen zellbiologisch orientierter Arbeiten konnten wir nachweisen, dass Annexin 2 an der korrekten Positionierung von endosomalen Kompartimenten und an bestimmten Schritten der regulierten Exozytose in Endothelzellen beteiligt ist. Daneben konnten wir für das Ca2+-bindende Protein S100P mit dem aktinbindenden Protein Ezrin einen neuartigen Liganden identifizieren, dessen Aktivität durch diese Interaktion reguliert werden kann.
Methoden: Proteinbiochemie (rekombinante Expression, Reinigung, Kristallisation und Rasterkraftmikroskopie in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen), Molekularbiologie (Mutation, Transfektion)
2. Mechanismus der trans-endothelialen Wanderung von Leukozyten
Im Verlauf entzündlicher Prozesse müssen Leukozyten des Bluts die Gefäßwand penetrieren, um in das entzündete Gewebe einzuwandern. Neben einer Kaskade selektiver Wechselwirkungen zwischen den Leukozyten und den Endothelzellen der Blutgefäße ist dieser Prozeß durch die eigentliche Penetration der Leukozyten durch die Endothelschicht charakterisiert. Wir stellen dies in einem Zellkulturmodell für die transendotheliale Migration der Leukozyten nach. Zur weiteren Charakterisierung der in diesem Modell eingesetzten Endothelzellen haben wir deren Kontaktstrukturen und die Rekrutierung von bestimmten Proteinkomponenten in diese Kontaktstrukturen durch einen neuartigen Ansatz näher beschrieben.
Methoden: Zellkultur, FACS Analysen, Immunfluoreszenz, Zellfraktionierung, selektive Zellpermeabilisierung, Immunpräzipitation, Zweikammer-Zellkulturmodell für die Transmigration
3. Membran/Protein-Transport auf dem endozytotischen und exozytotischen Weg
Die endozytotische Stoffaufnahme kann über unterschiedliche Substrukturen der Plasmamembran vermittelt werden und verläuft über verschiedene intrazelluläre Kompartimente (frühe und späte Endosomen, Lysosomen, möglicherweise spezialisierte Strukturen in Antigen-präsentierenden Zellen). Wir beschäftigen uns mit den endozytotischen Transportwegen unterschiedlicher Plasmamembranrezeptoren und Plasmamembran-ständiger Ionenkanäle, wobei ein Hauptaugenmerk auf die Darstellung der jeweiligen endozytotischen Kompartimente in der Zelle und mechanistische Aspekt der Internalisierungswege gelegt wird. Daneben untersuchen wir Aspekte der Ca2+-regulierten Exozytose in nicht erregbaren Zellen.
Methoden: Zellkultur, Endocytose (Flüssigphasen- bzw. Rezeptoraufnahme), Exocytose, Zellfraktionierung und Immunisolierungen, Molekularbiologie (Klonierung, transiente und stabile Transfektion, homologe Rekombination zum doppelallelischen knock-out).
Forschung und internationale Kontakte
Die Arbeiten werden in Teilen durch vielfältige Kooperationen mit anderen nationalen und internationalen Forschungszentren unterstützt. Unter anderem seien hier die Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (Braunschweig), das Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie (Göttingen), die Royal London School of Medicine (UK), die Universität Bergen (Norwegen), die Universität Californien (Irvine, USA) und die Universität von Washington (Seattle, USA) erwähnt.
