Institut für Molekular- und Zellphysiologie

Abteilungsleiter Prof. Dr. med. B. Brenner

Das wissenschaftliche Interesse des Instituts gilt den molekularen Grundlagen von Bewegungs- und Transportprozessen im menschlichen Organismus sowie Erkrankungen durch Veränderungen in den für Bewegung und Transport verantwortlichen Motorproteinen. Motorproteine können unter Verbrauch von ATP Kräfte und Bewegungen zu erzeugen und sind für praktisch alle Formen von Bewegung in der belebten Welt verantwortlich. Dazu gehören intrazelluläre Transportprozesse, Formänderungen von Zellen sowie verschiedensten Formen der Fortbewegung von Zellen und Organismen.

Diese vielfältigen Funktionen werden von drei große Familien von Motorproteinen erfüllt, von Myosinen, die mit Aktinfilamenten interagieren, sowie von Kinesinen und Dyneinen, die Kräfte und Bewegungen im Zusammenspiel mit Mikrotubuli erzeugen. Motorproteine sind in komplexen Strukturen wie Myofibrillen oder Flagellen organisiert, manche können aber auch als individuelle Moleküle agieren, wie beispielsweise bei intrazellulären Transportprozessen. Die Bedeutung der Motorproteine wird durch die Vielzahl von Erkrankungen deutlich, die auf Veränderungen in Motorproteinen oder in modulierenden Proteinen zurückzuführen sind. Beispiele sind die Familiäre Hypertrophische Kardiomyopathie (HCM oder FHC), degenerative Erkrankungen der Motoneurone, die Alzheimer-Demenz oder die Metastasierung von Tumoren.

Ziele unserer Forschungsprojekte sind einerseits die molekularen Funktionsprinzipien der Motorproteine, d.h. wie beispielsweise die Erzeugung von Kräften und Bewegungen über strukturelle Umlagerungen und Verformungen in den Motorproteinen an die Hydrolyse von ATP gekoppelt sind. Zum anderen wollen wir aufklären, wie Mutationen in Motorproteinen, über veränderte Funktion zu Krankheitsbildern wie der familiären hypertrophischen Kardiomyopathie führen können. Gleichzeitig geben die primären funktionellen Auswirkungen solcher Mutationen Hinweise auf die funktionelle Bedeutung der einzelnen Strukturelemente der Motorproteine. Durch Einführen gezielter Veränderungen und Expression der veränderten Motorproteine in geeigneten Expressionssystemen, z.B. E. coli, Dictyostelium discoideum oder Insektenzellen, kann die funktionelle Relevanz der einzelnen Strukturelemente systematisch aufgeklärt werden. Andererseits können die primären funktionellen Auswirkungen angeborener Mutationen genutzt werden, um Ansatzpunkte für korrigierende pharmakologische Beeinflussung der primären Funktionsstörungen zu identifizieren. Die Erforschung funktioneller Auswirkungen kleinmolekularer Modulatoren auf die verschiedenen Motorproteine sind ein weiterer Schritt zur gezielten pharmakologischen Beeinflussung gestörter motiler Funktionen. Diese Ziele erfordern ein breites experimentelles Spektrum. Entsprechend reicht das Methodenspektrum des Instituts von isolierten, nativen Kardiomyozyten und vereinfachten zellulären Systemen wie Muskelfasern oder isolierten Herzmuskelzellen, deren Membranen für direkten Zugang zu den kontraktilen Proteinen mittels Detergenzien entfernt werden, bis hin zu Einzelmolekülassays, um am individuellen Molekül Kräfte und Schrittdistanzen zu messen und über Fluoreszenzsignale mit der Bindung bzw. Abdissoziation einzelner Substrat- und Produkt-Moleküle zu korrelieren. Damit können auch nichtmuskuläre Myosine, Kinesine und Dyneine sowie in diese Proteine gezielt eingeführte Veränderungen nach Expression und Aufreinigung funktionell charakterisiert werden.

Grundprinzipien der Erzeugung motiler Kräfte und Bewegungen durch muskuläre Myosine.
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Charakterisierung der Motorfunktion von Myosinen, Kinesinen, Dynein und deren Mutanten auf Einzelmolekülebene.
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Molekulare Grundlagen der Familiären Hypertrophischen Kardiomyopathie.
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Die Forschung der Abteilung wird überwiegend durch DFG-geförderte Drittmittelprojekte finanziert. Im Rahmen der Projekte zu den molekularen Mechanismen der Zellmotilität und ihrer Regulation bestehen Kooperationen mit Arbeitsguppen in Kobe (Japan), NIH, Bethesda (USA), East Carolina University, Greenville (USA), University of Texas, Austin (USA), Kings College London; (GB) und dem Wadsworth Center, Albany, (USA).

Für das Projekt zur fHCM bestehen nationale und internationale Kooperationen mit Arbeitsgruppen in Berlin, Hamburg, London (UK), Bishkek (Kirgistan), Barcelona (Spanien), Australien (Sydney), Amsterdam (Niederlande), wie mit zahlreichen Instituten der MHH.

Die Abteilung ist an der Ausbildung von Studierenden der Medizin, Zahnmedizin, Biomedizin und Biologie beteiligt. Für Studierende der Biochemie werden Praktika zur Instrumentellen Analytik durchgeführt und es besteht die Möglichkeit zu Labor- und Großpraktika.

Das Zentrum Physiologie sucht zur Betreuung der Physiologie Praktika ständig Tutoren. Bei Interesse melden Sie sich. Kontakt bei Fragen zu Tutorenstellen.

Propädeutikum Lunge, PDF-Datei 14S, 1.0MB

Unterlagen für Biologen 2.Semester, PDF-Datei 30S, 3.4MB

Unterlagen für Biologen 4.Semester, PDF-Datei 24S, 1.5MB

Kreislauf für Biologen, PDF-Datei 63S, 0.7MB

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ViSdP: Prof. Dr. med. B. Brenner

Letzte Änderung 26.06.2011 (bp)