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Forschung
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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