Biologie und Geographie
Forschungsschwerpunkt
Medizinische Biologie
Die Arbeitsgruppe Strukturelle und Medizinische Biochemie von Prof. Peter Bayer beendete 2014 erfolgreich ihre Arbeiten zum Design eines Tomographie-Kontrastmittels auf Proteinbasis. Zudem beschäftigte sich die Arbeitsgruppe mit der Wechselwirkung der Domänen des mitotischen Regulators Pin1, der an der Steuerung des Zellzyklus, des Proteinabbaus und der Ausbildung von Mikrotubuli beteiligt ist. Zudem arbeitet die Gruppe von Prof. Bayer an orthologen Proteinen aus den beiden parasitären Organismen Trypanosoma brucei und Leishmania major und begann mit der Erforschung von Toxizität und Wirksamkeit antimikrobieller Peptide, einer vielversprechenden Alternative zu herkömmlichen Antibiotika.
In Kooperation mit experimentell arbeitenden Wissenschaftlern erforscht die Arbeitsgruppe Bioinformatik (Prof. Daniel Hoffmann) biologische Systeme auf verschiedenen Größen- und Zeitskalen – mit der Evolution als verbindendem Element. Neue exemplarische Ergebnisse sind die Identifizierung von genetischen Markern in chinesischen HI-Virus-Varianten (mit Prof. Rongge Yang, Wuhan Institute of Virology), die Entdeckung neuer Wege des Hepatitis C Virus, dem Immunsystem zu entgehen (mit Prof. Jörg Timm, Universitätsklinik Essen), und die Entdeckung von enzymatischer Aktivität in Sonic Hedgehog, einem wichtigen Protein in der Embryonal-Entwicklung (mit Prof. Kay Grobe, Universität Münster und der Arbeitsgruppe von Prof. Andrea Vortkamp in der Fakultät).
Die Arbeitsgruppe Entwicklungbiologie von Prof. Vortkamp untersucht die molekularen Mechanismen, die die Chondrozytendifferenzierung endochondraler Knochen während der Embryonalentwicklung steuern und deren Fehlregulation zu degenerativen Skeletterkrankungen wie Osteoarthrose führen. Zurzeit liegt ein Fokus der Arbeit auf der Rolle von Heparansulfat als Regulator der extrazellulären Signalweiterleitung. Ein zweiter Schwerpunkt beinhaltet die Rolle von Transkriptionsfaktoren und epigenetischen Modifikationen in der Regulation der Chondrozytendifferenzierung. Kürzlich konnten WissenschaftlerInnen der Arbeitsgruppe zeigen, dass der Transkriptionsfaktor Trps1 als Regulator der Histon-Deacetylase Aktivität fungiert und somit die Regulation von Transkription und epigenetischer Modifikation koppelt. Diese Arbeiten zeigten außerdem, dass Trps1 defiziente Mäuse eine erhöhte Histon3-Acetylierung aufweisen, die zu Defekten der Zellzyklus Progression führt.
Die Arbeitsgruppe Mikrobiologie von Prof. Michael Ehrmann setzt genetische, molekularbiologische und biochemische Methoden ein, um die Schlüsselmechanismen der Proteinqualitätskontrolle aufzuklären. Eine hochkonservierte Proteinfamilie, die sogenannten HtrA Proteasen, bilden hierbei den Schwerpunkt der Forschung. Diese Proteasen bestehen aus einer katalytischen Domäne und mindestens einer zusätzlichen „PDZ Domäne“, die die Interaktion mit anderen Proteinen vermittelt. Neue Arbeiten haben weitere Informationen zum Wirkmechanismus der PDZ Proteasen erbracht. Durch strukturelle und biochemische Studien einer weiteren PDZ Protease, CtpB, wurde der molekulare Mechanismus der Signalvermittlung, der die Sporenbildung bei Gram positiven Bakterien steuert, aufgeklärt. Für seine herausragenden wissenschaftlichen Beiträge erhielt Prof. Ehrmann zwei Auszeichnungen: Er wurde 2013 als Mitglied in die „Amerikanische Akademie für Mikrobiologie“ gewählt und für die Jahre 2013 und 2014 zum „Professorial Research Fellow“ der Cardiff University, UK ernannt.
Die Gruppe von Prof. Hemmo Meyer (Molekularbiologie I) beschäftigt sich mit Mechanismen, wie Zellen während der Zellteilung ihr Genom exakt an die Tochterzellen weitergeben. Fehler in diesem Prozess führt zur genomischen Instabilität, die wiederum ein Merkmal von Krebszellen ist. Die Gruppe konnte nun zeigen, dass bei Erbgutschäden eine molekulare Maschine, p97, den Teilungsfaktor CDC25A abbaut, um Zellen an der Zellteilung und damit Weitergabe von Chromosomenschäden zu hindern. Weiterhin hat die Gruppe die Funktion des Spindelapparates untersucht, der die Chromosomen auf die Tochterzellen aufteilt. Die Gruppe konnte zeigen wie ein wichtiger Faktor, SDS22, durch Regulation von Proteinmodifikation hilft, Fehler in der Anheftung von Chromosomen an die Spindel zu korrigieren und damit die gleichmäßige Aufteilung des Genoms während der Zellteilung sicher zu stellen.
Als präparative, chemisch-biologische Arbeitsgruppe beschäftigt sich die Gruppe von Prof. Markus Kaiser mit der Entwicklung neuer chemischer Werkzeuge zur Anwendung in biomedizinischen Fragestellungen, der Chemischen Proteomik bzw. als Ausgangspunkte zur Darstellung neuartiger Chemotherapeutika. Dabei wurde in den letzten beiden Jahren ein Schwerpunkt auf die Auffindung und Aufklärung der molekularen Wirkmechanismen Pflanzen-bioaktiver chemischer Sonden gelegt. Diese Studien führten zum Beispiel zur erstmaligen Entwicklung einer chemischen Sonde zur Hemmung des endogenen Jasmonsäure-Signalweges, einem in Pflanzen essentiellem System zur Abwehr von Pathogenen. Diese chemische Sonde erlaubt es, neue Grundlagenforschungsansätze in der Pflanzen- und somit auch Agroforschung durchzuführen. In Zusammenarbeit mit weiteren Arbeitsgruppen an der Universität hat die Gruppe zudem erfolgreich strukturell-neuartige Hemmstoffe für ausgewählte, medizinisch-relevante Enzyme entwickelt. Diese ermöglichen das Studium der Funktion dieser Proteine für das Entstehen oder Fortschreiten einer Krankheit wie zum Beispiel Krebs.
Im Fokus des wissenschaftlichen Interesses der Arbeitsgruppe Molekularbiologie II von Prof. Shirley Knauer steht die translatorische Umsetzung zellbiologischer und onkologischer Grundlagenforschung. Ausgangspunkt ist das Verständnis der Regulation des Kern-Zytoplasma-Transports und dessen Bedeutung für die zelluläre Homöostase, die maligne Transformation bei der Krebsentstehung sowie als potentieller Angriffspunkt für neue Therapiestrategien. Insbesondere die Aufklärung der pathophysiologischen Rolle und molekularen Regulation des Apoptose-Inhibitor und Mitose-Regulator Proteins Survivin, dem eine entscheidende Rolle bei der Krebsentstehung zugeschrieben wird, aber auch der Rolle der onkologisch relevanten Protease Taspase1 steht im Vordergrund der Arbeiten. Das molekulare Verständnis der Wirkweise sowie die therapeutische Anwendung von Nanopartikeln und deren umgebender Proteincorona stellt mittlerweile ein wichtiges Standbein der Forschungsarbeiten dar. Diese beispielhafte interdisziplinäre Vernetzung naturwissenschaftlicher und medizinischer Grundlagenforschung wurde 2013 durch die Vergabe des German Life Science Award durch die GBM und Roche gewürdigt.
Der Fokus der Arbeitsgruppe von Prof. Perihan Nalbant sind zelluläre Signalkaskaden, welche die Organisation des Aktin-Zytoskeletts während der zellulären Bewegung kontrollieren. So konnte die Gruppe kürzlich mit Hilfe von modernen fluoreszenzmikroskopischen Methoden und RNAi-basierter Protein-Manipulation eine Signalkette in invasiven Tumorzellen charakterisieren, welche den Aufbau von kontraktionsfähigen Aktin-Fasern aus kleinen Aktinfilamenten in Zellfortsätzen gewährleistet. Aufbauend auf diesen Arbeiten wird nun das zeitliche und örtliche Wechselspiel dieser Kontraktilitäts-Signale mit anderen aktinregulatorischen Proteinen untersucht, um insgesamt ein besseres Verständnis der molekularen Grundlagen komplexer Zellbewegungen zu erhalten.