Forschung

Unser Forschungsansatz zu Morbus Alzheimer im WDR-Fernsehen

DFG Schwerpunktprogramm: Sphingolipids - Signal and Disease Teilprojekt: "Sphingosin-1-Phosphat und Morbus Alzheimer", Kooperationsprojekt mit Prof. Jochen Walter, Neurologische Klinik, Universitätsklinikum Bonn (Gefördert seit Juli 2010)

Sphingosin-1-Phosphat (S1P) steuert eine Vielzahl von zellulären Prozessen wie, Wachstum, Differenzierung, Motilität, Zytoskelett-Organisation und Calcium-Homöostase. In peripheren Geweben fördert S1P das Zellwachstum, gleichwohl scheint es in terminal differenzierten Neuronen toxisch zu wirken. Diese S1P vermittelte Neurotoxizität zeigt eine verblüffende Ähnlichkeit mit jener des Amyloid β Peptids (Aβ), dem Hauptbestandteil der für Morbus Alzheimer (AD) charakteristischen Amyloid Ablagerungen. Sowohl S1P, als auch Aβ induzieren eine abberante Aktivierung des Zellzyklus. Vorversuche demonstrieren eine funktionelle Beziehung zwischen S1P und dem β-Amyloid Vorläuferportein (APP). Die Anreicherung von S1P in S1P-Lyase defizienten Zellen induziert eine erhöhte Expression von APP und beeinflusst dessen proteolytische Prozessierung. Das zentrale Ziel dieses Projektes ist die Identifizierung und Charakterisierung der molekularen Mechanismen die dem S1P-abhängigen APP Metabolismus einerseits und dem neuronalen Zelltod andererseits zugrunde liegen.

DFG SFB 645 Teilprojekt B9:"Pathophysiologische Bedeutung der Gallensäure beta-Glucosidase (GBA2): Untersuchungen an GBA2-defizienten Mäusen, Mutationsanalysen an M. Gaucher Patienten." Kooperationsprojekt mit Dr. Yildiz Yildiz, Universitätsklinikum Bonn (Gefördert seit Januar 2009)

Gallensäure b-Glukosidase (GBA2) wurde ursprünglich als Enzym des Gallensäurestoffwechsels in der Leber beschrieben. Überraschenderweise zeigen GBA2-defiziente Mäuse jedoch keine Veränderungen im Gallensäuremetabolismus. Hingegen wurde in Gehirn, Leber und Testes dieser Tiere eine Akkumulation des Sphingolipids Glukosylceramid (GlcCer) detektiert. Diese Speicherung führt im Testes zu Globozoospermie (Yildiz et al, J. Clin. Invest., 2006). Die pathosphysiologischen Konsequenzen im Gehirn und in der Leber sind bisher unbekannt und Gegenstand dieses Forschungsprojektes. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass in der Leber GBA2-defizienter Mäuse die Transkription von Genen, die für regulatorische Zellcyklusproteine kodieren, signifikant verändert ist. Es soll daher analysiert werden, inwiefern GBA2 für die Leberregeneration von Bedeutung ist. Im Gehirn weisen Vorversuche auf eine neuroprotektive Funktion der GBA2 hin. Mit Hilfe entsprechender Inhibitoren soll deshalb in primär kultivierten Neuronen GBA2-defizienter Mäuse untersucht werden, ob GlcCer selbst oder möglicherweise andere Sphingolipide, deren Metabolismus eng mit dem von GlcCer verknüpft ist, für die schädigende Wirkung in Nervenzellen verantwortlich sind.

Mitglied der Klinischen Forschergruppe KFO 115 "Molekulare und zelluläre Grundlagen der intestinalen postoperativen Pathophysiologie", dort Projektleiterin im TP 7. (Förderung 2003 - 2009)

Die Untersuchung von Sphingolipiden in der intestinalen Tunica muscularis von Ratten nach geringfügiger chirurgischen Manipulation des Darmes ergab einen spezifischen und zeitabhängigen Anstieg von Sphingosin-1-Phosphat (S1P) und von Ceramid-1-Phosphat (C1P). Beide Sphingolipid Phosphate gehören zu einer Familie von bioaktiven Lipiden, die eine wichtige Rolle bei der Steuerung grundlegender zellulärer Funktionen wie Proliferation, Differenzierung, Migration und Adhäsion spielen. Diese zellulären Funktionen sind essentiell sowohl bei Entzündungs- als auch bei Wundheilungsprozessen. Erstmalig konnten wir eine proinflammatorische Wirkung von S1P in primär kultivierten glatten Darmmuskelzellen nachweisen. S1P induzierte im Gegensatz zu C1P die Cyclooxygenase 2 (COX2). Folgerichtig wurde eine erhöhte Ausschüttung von Prostaglandin E2 (PGE2) beobachtet. Gleichzeitig stimulierte S1P die Produktion der proinflammatorischen Cytokine IL-1 und IL-6. Im Weiteren soll nun einerseits der Zusammenhang zwischen mechanischem Stress und der erhöhten Bildung von S1P und C1P in der intestinalen Tunica muscularis untersucht werden. Andererseits sollen bereits begonnene Untersuchungen zur Aufklärung des molekularen Mechanismus, welcher der proinflammatorischen Wirkung von S1P in Darmmuskelzellen zugrunde liegt, fortgeführt werden. Geplant sind darüber hinaus Untersuchungen zur möglichen Signalfunktion dieser beiden Sphingolipide für die Aktivierung, Proliferation und Migration anderer Zelltypen der intestinalen Tunica muscularis wie Makrophagen und dendritische Zellen.

Mitglied im CEMBIO - Kooperationspartnerin in folgenden Verbund-Projekten

Untersuchungen zur protektiven Wirkung von kompatiblen Soluten in Säugerzellen (AG van Echten-Deckert AG Galinski AG Tolba)

Die zellprotektive Wirkung von kompatiblen Soluten wie Ectoin und Hydroxyectoin wurde vor allem in Keratinozyten und Langerhanszellen der Haut beobachtet. Der biochemische Mechanismus, der dieser Wirkung zu Grunde liegt ist jedoch vollkommen unbekannt. In dem geplanten Verbundprojekt soll eine Doktorandin, die von Frau van Echten-Deckert und Herrn Galinski gemeinsam betreut wird, vorerst Studien zur Aufnahme von natürlichen und chemisch modifizierten Ectoinen (bei denen über eine Veresterung mit Fettsäuren die Membrangängigkeit erhöht wird) in Säugerzellen (HEK, BHK und Körnerzellen) durchführen. Dann soll die Wirkung der Ectoine unter Stressbedingungen (LPS; TNF) untersucht werden. Da Ceramide als Entzündungsmediatoren bekannt sind, anderen Sphingolipiden wiederum eine zellprotektive Wirkung zugeschrieben wird, soll ein möglicher Zusammenhang zwischen der Ectoinwirkung und dem Sphingolipidstoffwechsel untersucht werden.

Novel sphingolipid signalling pathways: O-GlcNAc modification of cellular proteins in cultured neurons (AG van Echten-Deckert AG Schmitz)

Sphingosine-1-phosphate (S1P) is known to exert a proliferative and antiapoptotic effect in a growing number of cell types. However, in highly differentiated postmitotic neurons its action is widely unknown. cis-4-Methylsphingosine is a cell permeable synthetic prodrug which is phosphorylated by the cells yielding a metabolically stable mimetic of S1P. Since the latter is a rather short-living metabolite, we use this synthetic compound to elucidate S1P signalling. Treatment of primary cultured cerebellar neurons with cis-4-methylsphingosine resulted in changes of the O-GlcNAc pattern of cellular proteins. Interestingly, CDK5, a cyclin-dependent kinase involved in neuronal survival appears to be regulated by both, S1P and O-GlcNAc-modification. Therefore, we plan to investigate the role of O-GlcNAc-modification in the signalling of S1P.

Influence of microbial secondary metabolites on sphingolipid metabolism and cell proliferation of neuronal cells (AG van Echten-Deckert AG König)

Fungal metabolites are known to affect sphingolipid (SL) metabolism in a potent and specific manner: i) Myriocin isolated from Isaria sinclarii is the most potent inhibitor of serine palmitoyltransferase, the enzyme catalyzing the rate limiting step of the SL biosynthesis ii) Fumonisin B1 isolated from Fusarium moniliforme is the most potent and specific inhibitor of ceramide synthase. Since SLs turned out to be important bioactive molecules involved in essential physiological processes including cell growth, differentiation and apoptosis, it is of major importance to find biochemical tools that allow to specifically influence their metabolism. Obviously such compounds are of interest as potential drugs e.g in cancer therapy.