Summary of some work (in German, )

Division of Animal-Physiology
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Department of Cell Biology
University of Salzburg
Zusammenfassungen einiger Arbeiten (Summary of some work in German)
LOKALISATION, CHARAKTERISIERUNG UND FUNKTION VON CALCIUMBINDUNGSPROTEINEN IN ERREGBAREN ZELLE (HERMANN/KERSCHBAUM)
Calcium Ionen spielen eine wichtige Rolle bei vielen zellulären Prozessen und intrazelluläre
calciumbindende Proteine stellen dabei einen wichtigen Bestandteil des CalciumRegulationssystems dar. Das Ziel unserer Arbeiten ist es mittels immunhistochemischer,
biochemischer,molekulargenetischer und elektrophysiologischer Techniken weitere Erkenntnisse
über die Verteilung, Lokalisation und Art der Proteine zu sammeln. Mit elektrophysiologischen
Techniken (intrazelluläre Ableitungen, Messung von Membranströmen) soll ferner der
Funktionszusammenhang zwischen Calcium-Bindungsproteinen und dem elektrischen Verhalten
von erregbaren Zellen (v.a. Nervenzellen) geklärt werden.
MODULATORISCHE WIRKUNG VON POLYAMINEN UND POLYAMINANALOGA AUF
EINZELNE IONENKANÄLE (WEIGER/HERMANN)
Polyamine (Putrescin, Spermidin oder Spermin) sind zelluläre Amine die eine bedeutende
Rolle bei verschiedenen Prozessen, wie Zellwachstum, Zellteilung, Zelldifferenzierung etc. spielen.
Die intrazelluläre Konzentration von Polyaminen kann während des Tumorwachstums oder bei
erregbaren Zellen nach Stimulation stark ansteigen, z. B. nach einem epileptischen Krampfanfall.
Das Ziel unserer Untersuchungen ist es, die funktionelle Bedeutung verschiedener Polyamine bei
elektrisch erregbaren Zellen näher zu analysieren. Die experimentellen Untersuchungen werden an
kultivierten Hypophysentumorzellen (GH3) mittels elektrophysiologischer Methoden durchgeführt.
Durch makroskopische Ionenstrommessungen (whole-cell clamp), sowie Einzelkanalmessungen
(patch-clamp) wird die extra- bzw. intrazelluläre Wirkung von Polyaminen und Polyaminanaloga
auf Ionenleitfähigkeiten (calcium-aktivierte Ströme) quantitativ erfasst. Mittels molekularer
Modellstudien werden mittels Computersimulation Molekülparameter, wie Flexibilität und
Hydrathülle bestimmt um damit weitere Hinweise auf den molekularen Wirkungsmechanismus zu
erhalten.
UNTERSUCHUNGEN ZUM ZELLULÄREN WIRKUNGSMECHANISMUS VON ALKOHOL
(ETHANOL) (HERMANN/KERSCHBAUM/WEIGER)
Die Wirkungen von Ethanol auf das Verhalten sowie auf das Nervensystem sind hinreichend
bekannt, sein Wirkungsmechanismus auf die Erregbarkeit von Nervenzellen ist hingegen weit
weniger klar. Neuere Untersuchungen zeigen, dass Ethanol auf ligandenaktivierte (z. B. GABAund NMDA-Rezeptoren), sowie auf spannungsaktivierte Ionenkanäle (v. a. Calciumkanäle)
einwirkt. Als Präparate verwenden wir Hippocampus Gehirnschnitte, isolierte Hippocampus
Nervenzellen und Molluskennervenzellen für makroskopische Ionenstrommessungen, sowie
Kulturzellen (GH3) für Einzelkanal- untersuchungen. Unsere Experimente weisen darauf hin, dass
die Wirkung von Ethanol auf Calcium-Kanäle bzw. Ca2+-aktivierte K+- Kanäle, sowie auf die
intrazelluläre
Ca2+-Freisetzung
aus
Speicherorganellen
über
eine
intrazelluläre
Transduktionskaskade läuft, wobei G-Proteine und Proteinkinase C ein wichtige Rolle spielen.
MECHANISMEN RHYTHMISCHER ENTLADUNGSAKTIVITÄT VON NERVENZELLEN
(HERMANN)
Die Genese spontaner, elektrischer Entladungsaktivität bei Nervenzellen, sowie die
Regulation dieser Aktivität durch humorale Einflüße ist von wesentlicher Bedeutung für
Integrationsleistungen im Nervensystem. Oszillatorische Aktivität ist aber nicht nur Ausdruck
normaler nervöser Funktion, sondern sie ist oft auch Ursache pathologischer neuronaler
Elektrogenese (z.B. Epilepsie). Um die zugrundeliegenden Mechanismen und die verschiedenen
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Formen der neuronalen Spontanaktivität im Detail zu erfassen, untersuchen wir elektrische und
biochemische Eigenschaften der Nervenzellen.
PHYSIOLOGIE UND FUNKTION DES PINEALORGANS (BRANDSTÄTTER/ HERMANN)
Das Pinealorgan der Wirbeltiere übermittelt Informationen über die Photoperiode in Form
neuronaler und endokriner Signale an den Organismus. Durch diese Signale, insbesondere die
rhythmische Ausschüttung von Melatonin, werden viele physiologische Funktionen, wie z.B.
Schlafrhythmus, Fortpflanzungszyklus und Teilbereiche des Immunsystems, beeinflusst. Eine
Kombination aus elektrophysiologischen, immun- cytochemischen und biochemischen
Untersuchungsmethoden soll zur Erarbeitung eines Modells der intrapinealen Modulation der
neuronalen und endokrinen Übermittlung photoperiodisch induzierter Signale führen.
Dabei steht eine elektrophysiologische Charakterisierung der Wirkungsmechanismen von
Katecholaminen, wie Dopamin und Noradrenalin, und deren Interaktionen mit anderen
intrapinealen Neurotransmittern im Vordergrund. Mittels HPLC werden die Ausschüttung von
Melatonin in Abhängigkeit der Photoperiode und pharmakologische Beeinflussungen festgestellt
und mittels immuncytochemischer und mikroionophoretischer Methoden werden Untersuchungen
zur Auflösung der zellulären Struktur und der Verschaltungsebenen des neuronalen Netzwerkes
Pinealorgan durchgeführt. Ferner ist ein Projekt zur funktionellen Bedeutung von Melatonin in
malignen Melanomen in Bearbeitung und es werden zelluläre Signalmechanismen mittels
Cytosensor/ Mikrophysiometertechnologie untersucht.
LOKALISATION UND FUNKTION VON NO UND NO-SYNTHASE IM NERVENSYSTEM
(KERSCHBAUM/ HERMANN)
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein einfaches Molekül, das in der Atmosphäre vorkommt, als
Bestandteil von Auto- und Industrieabgasen und im Zigarettenrauch auftritt, und sogar am Abbau
der Ozonschicht beteiligt ist. NO ist ein äußerst reaktionsfreudiges Gas, das kurzzeitig
(Halbwertszeit einige Sekunden) als Radikal existiert. Im organismischen Leben spielt NO bei
mannigfaltigen Signalprozessen, die in Zellen und zwischen Zellen ablaufen, eine wichtige Rolle. In
Zellen wird NO mittels eines Enzyms, der NO-Synthase (NOS) und weiteren Cofaktoren (Calcium,
Sauerstoff, etc.) aus der Aminosäure Arginin hergestellt, die dabei zu Citrullin umgebaut wird. Im
Nervensystem beeinflusst NO die Signalübertragung zwischen Nervenzellen.
Unsere bisherigen Arbeiten am Nervensystem von Helix pomatia, der Weinbergschnecke zeigen,
dass NOS ausschließlich in bestimmten Nervenzellen lokalisiert ist und, dass neben einer
konventionellen NOS ein weiteres NOS assoziiertes oder regulierendes Enzym, existiert. Ferner
konnten wir zeigen, dass NO als ein intra- und interzelluläres Signalmolekül, eine Guanylylzyklase
in Nervenzellen aktiviert. In weiteren Untersuchungen wollen wir nun das Zusammenspiel von
Arginin, Citrullin, NO and cGMP feststellen, und die Modulation der synaptischen Übertragung
durch NO genauer studieren.
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