Institut für Molekular
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Physiologie Institut für Molekular- und Zellphysiologie Direktor: Prof. Dr. Bernhard Brenner Tel.: 0511/532-6936 • E-Mail: [email protected] • www.mh-hannover.de/molzell.html Keywords: Motorproteine, Myosine, Kinesine, Dynein, Mikrotubuli, Tau-Protein, Familiäre hypertrophe Kardiomyopathie, Funktionsanalysen an individuellen Molekülen, TIRF-Mikroskopie, Optische Pinzette Forschungsprofil Im Zentrum der wissenschaftlichen Interessen des Instituts stehen die molekularen Funktionsprinzipien sog. Motorproteine. Diese treiben praktisch alle bekannten Bewegungs- und Transportprozesse an. Dazu gehören intrazelluläre Transportprozesse, Formänderungen von Zellen sowie verschiedensten Arten der Fortbewegung von Zellen oder ganzer Organismen. Für die Vielfalt der Transport- und Bewegungsphänomene sind Motorproteine aus drei Familien verantwortlich: Die Myosine, die mit Aktinfilamenten interagieren, sowie die Dyneine und Kinesine, die Kräfte und Bewegungen im Zusammenspiel mit Mikrotubuli erzeugen. In jüngerer Zeit ist die Relevanz dieser Motorproteine bei Erkrankungen in das Zentrum des Interesses des Instituts gerückt. Zu Erkrankungen, die auf Veränderungen in den Motorproteinen selbst oder in assoziierten Proteinen beruhen, gehören z.B. die Familiäre hypertrophe Kardiomyopathie (FHC oder HCM), degenerative Erkrankungen der Motoneurone, die Alzheimer-Demenz oder die Metastasierung von Tumoren. Ziel unserer Forschung ist aufzuklären, wie Mutationen in Motorproteinen oder in assoziierten Proteinen die molekularen Funktionsprinzipien der Motorproteine verändern und zu entsprechenden Krankheitsbildern führen. Ein erster Fokus ist die Aufklärung direkter funktioneller Auswirkungen von Punktmutationen in der ß-kardialen schweren Kette von Myosin-2, die zum Bild der familiären hypertrophen Kardiomyopathie (FHC) führen. Die Aufklärung direkter funktioneller Auswirkungen FHC-assoziierter Mutationen kann einerseits Ansatzpunkte für korrigierende Beeinflussung der primären Funktionsstörungen und des resultierenden Krankheitsbildes eröffnen, andererseits erlauben sie Einblick in die molekularen Funktionsprinzipien der Motorproteine. Ein zweiter Fokus ist die Frage, wie verschiedene Punktmutationen, auch in anderen sarkomerischen und nichtsarkomerischen Proteinen, immer wieder zum Phänotyp der familiären hypertrophen Kardiomyopathie führen können. Richtungsweisend war eine von uns gemachte Beobachtung, dass durch FHC-assoziierte Punktmutationen verursachte funktionelle Veränderungen im Myokard betroffener Patienten von Zelle zu Zelle sehr unterschiedlich ausgeprägt sind. Manche Zellen zeigen sogar völlig der Norm entsprechendes Verhalten. Inzwischen konnten wir zeigen, dass entsprechend dieser funktionellen Varianz ein von Zelle zu Zelle unterschiedlicher Anteil mutierter m-RNA exprimiert wird. Manche Zellen exprimieren praktisch ausschließlich Wildtyp mRNA während andere Zellen fast ausschließlich mutierte m-RNA exprimieren. Wir postulieren, dass die variable Expression des mutierten ß-kardialen Myosins eine funktionelle Variabilität zwischen benachbarten Kardiomyozyten verursacht, die im zellulären Netzwerk des Myokards zu Distorsionen im Gewebeverband bis zum FHC-typischen zellulären und myofibrillären Disarray mit Hypertrophie und Fibrose führen. Wir vermuten, dass Mutationen, die zu relevanten funktionellen Auswirkungen im Kardiomyozyten führen, über von Zelle zu Zelle unterschiedliche Expression des mutierten Proteins den FHC-Phänotyp iniziieren. In unseren bisherigen Untersuchungen waren wir auf skelettmuskuläre Biopsien und Myokardproben aus Myektomien oder Explantaten betroffener FHC-Patienten beschränkt. Um auch longitudinale Studien zur Pathogenese der FHC angehen und auch Mutationen untersuchen zu können, für die wir keinen Zugang zu Patientenproben haben, etablieren wir derzeit drei Ansätze; die Differenzierung von Kardiomyozyten über induzierte pluripotente Stammzellen aus Hautfibroblasten betroffener Patienten, die Expression von Kopfdomänen des kardialen Myosins in C2C12 Myotuben-, und 20 Forschungsbericht 2014 Physiologie die Entwicklung eines Tiermodells (Schwein), das erlaubt, die Entwicklung des FHC-Phänotyps im Detail zu verfolgen. Zur funktionellen Charakterisierung der Proben haben wir ein breites Methodenspektrum etabliert, um auch an kleinsten Proben, z.B. Myofibrillen oder direkt am Einzelmolekül mittels Laserfalle und TIRF-Mikroskopie, funktionelle Auswirkungen von FHC-Mutationen charakterisieren zu können. Forschungsprojekte Unterschiede im zellulären Hypertrophie-Phänotyp zwischen Hypertropher obstruktiver Kardiomyopathie und Aortenstenose Die Hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) ist durch linksventrikuläre Hypertrophie (LV-Wanddicke (IVS) >12mm) und ein erhöhtes Risiko für plötzlichen Herztod charakterisiert. Oft sind bei der HCM ein myocyte-disarray und eine interstitielle Fibrose nachweisbar. Die HCM stellt als häufigste genetisch bedingte Herzmuskelerkrankung zugleich die häufigste Ursache für plötzlichen Herztod bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen dar. Die Prävalenz für HCM in der allgemeinen Bevölkerung ist ca. 0.2 % (bzw. 1:500). Klinisch ist die HCM eine sehr heterogene Erkrankung, die vom benignen Verlauf ohne Symptome bis zum Vollbild einer Herzinsuffizienz reicht. In ungefähr 25% der Fälle führt die Hypertrophie zu einer dynamischen Obstruktion des LV-Ausflusstrakts und infolgedessen zur Entwicklung eines Druckgradienten (Hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie, HOCM). Bei entsprechend hohen Druckgradienten kann eine transaortale subvalvuläre Myektomie (Morrow-Prozedur) durchgeführt werden, um den Druckgradienten zu reduzieren. Als Ursache für die Erkrankung sind Mutationen in über 20 Proteinen des Sarkomers und über 900 individuelle Mutationen identifiziert worden. Über 75% dieser Mutationen sind in den Genen für ß-kardiales Myosin (MYH7) und Myosin-bindendes Protein C (MYBPC3) zu finden. Trotz der inzwischen routinemäßig durchgeführten Genotypisierungen von HCM-Patienten werden die funktionellen Auswirkungen der Mutationen auf zellulärer und molekularer Ebene, sowie die Prozesse, die schließlich zum Krankheitsbild der HCM führen, bisher kaum verstanden. Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die typischen Merkmale der HCM letztlich Folgen funktioneller Auswirkungen der jeweiligen Mutation auf molekularer Ebene des Sarkomers sind. Als mögliche Auslöser einer HCM wurden beispielsweise ineffektiver Energieumsatz der Muskelzellen oder Veränderungen im intrazellulären Calcium-Haushalt diskutiert. HCM-assoziierte Mutationen sollen eine erhöhte Calcium-Sensitivität der Kardiomyozyten und so eine verstärkte Kontraktilität des Herzmuskels bewirken. Nicht wenige Daten auch aus unserem Labor stellen dieses Konzept in Frage. Hier untersuchten wir in einem DFG-geförderten Projekt den molekularen Phänotyp der Hypertrophie bei HOCM im Vergleich zu LV-Hypertrophie bei Aortenstenose (AoSt). Die Frage war, ob Hypertrophie des Myokards auf zellulärer Ebene immer einem ähnlichen Muster folgt, oder ob es für HOCM charakteristische Veränderungen gibt, die Rückschlüsse auf Mutationseffekte, auf eine gemeinsame FHC-Pathogenes oder therapeutische Ansatzpunkte erlauben. Zur Untersuchung dieser Fragen stand uns Myokardgewebe eines Kollektivs von 32 Patienten mit HOCM zur Verfügung, welches bei Myektomien entnommen wurde. Als Vergleichskollektiv wurde Myektomiegewebe von Patienten mit Aortenstenose (AoSt) sowie Gewebe aus dem Septum von nicht-transplantierten Donorherzen verwendet. Das Myektomiegewebe erlaubt uns die Analyse direkt im betroffenen Myokard ohne den Umweg über ein Modellsystem. Es wurden funktionelle Untersuchungen sowie Gelanalysen zum Phosphorylierungsgrad von kardialem Troponin I (cTnI), der regulatorischen leichten Myosinkette und des cMyBPC an Kardiomyozyten aus Herzgewebe von 5 Donoren, 9 Patienten mit Aortenstenose und 9 HOCM-Patienten (3 cMyBPC-Mutationen, 3 Myosin-Mutationen (ß-MyHC), 1 Myomesin-Mutation und 2 ohne nachgewiesene Mutation) durchgeführt. Die Calciumsensitivität (definiert als Calcium-Konzentration für halbmaximale Kraftentwicklung; pCa50) von Kardiomyozyten der HOCM-Patienten ist signifikant erhöht gegenüber Donor und auch höher (p=0.18) als bei AoSt (Abb. 1C). Es ist jedoch bekannt, dass Patienten unterschiedliche Phosphorylierungsgrade z.B. des cTnI aufweisen können, welche die Calciumsensitivität beeinflusst. Daher wurde die Phosphorylierung von Sarkomerproteinen in den Forschungsbericht 2014 21 Physiologie Gewebeproben analysiert (Abb. 1D, E). Die Gelanalysen zeigen, dass die Phosphorylierung von cMyBPC, cTnT, cTnI und der leichten Kette 2 des Myosins (MLC2) bei AoSt und HOCM nicht signifikant verschieden sind. D.h. beide Formen der Hypertrophie wirken sich gleichermaßen auf die Phosphorylierung dieser Proteine aus. Beide unterscheiden sich jedoch signifikant vom Donormyokard (außer cTnT für HOCM vs. Donor). Vor allem fallen beim Donormyokard die sehr hohe Phosphorylierung von cTnI und MLC2 auf, was auch die relativ geringe Calciumsensitivität der Donor-Kardiomyozyten erklärt. Ursache hierfür könnte die besondere Situation des Donors mit starker adrenerger Stimulation sein. Die höhere Calciumsensitivität bei HOCM gegenüber AoSt ist wohl vor allem durch die geringere (p=0.19) cTnI-Phosphorylierung bei HOCM bedingt. Abb. 1: (A) Einzelne Herzmuskelzelle in der Messapparatur und (B) Originalregistrierung der aktiven und passiven Kraftmessung an einer einzelnen Herzmuskelzelle. (C) Calciumsen-sitivität (pCa50) von Kardiomyozyten aus den verschiedenen Gewebeproben (* p<0.05). (D) Gelanalysen des Phosphorylierungsgrades der sarkomerischen Proteine und (E) zusammengefasste Auswertung aller Gewebeproben. Da unterschiedliche Phosphorylierungsgrade spezifische Effekte bei HOCM überlagern können, wurde im Rahmen der Kontraktionsmessungen isolierter Kardiomyozyten PKA-abhängige Phosphorylierung durch Inkubation mit PKA für alle Zellen angeglichen. Dadurch wird vor allem die cTnI- und cMyBPC-Phosphorylierung zwischen den Proben angeglichen und so mögliche Auswirkungen von Mutationen auf die Calciumempfindlichkeit sichtbar. 22 Forschungsbericht 2014 Physiologie Abb. 2: (A) pCa50 und (D) maximale isometrische Kraftentwicklung (Fmax) von Kardiomyozyten aus den verschiedenen Gewebeproben nach PKA-Inkubation (*p<0.05 oder p<0.01). (B) und (C) pCa50 der Kardiomyozyten von HOCM-Patienten mit IVS> 25mm bzw. IVS<25mm. IVS bei AoSt war <25mm. (E) Fmax von Kardiomyozyten mit ß-Myosin-Mutation (MYH7) und (F) mit cMyBPC-Mutation (je n=3 Myektomien mit verschie-denen Mutationen). Nach Vereinheitlichung des Phosphorylierungsgrades durch PKA zeigt sich, dass die Calciumsensitivität bei HOCM signifikant erniedrigt ist gegenüber AoSt und Donor (Abb. 2A). Dies deutet auf mutationsbedingte Veränderungen der Kardiomyozyten bei HOCM hin. Interessanterweise korreliert eine besonders ausgeprägte Reduktion der CalciumEmpfindlichkeit mit einer IVS-Dicke >25mm bei stark betroffenen HOCM-Patienten (Abb. 2B, C). Möglicherweise verursacht ein starker Mutationseffekt auch eine deutlichere Hypertrophie. Messungen der maximalen Kraftentwicklung (Fmax) ergaben im Mittel eine etwas reduzierte Kraftentwicklung für HOCM-Kardiomyozyten gegenüber AoSt (Abb. 2D) bei praktisch normalem Fmax für AoSt. Die Phosphorylierung mit PKA hatte keinen Einfluss auf Fmax. Betrachtet man die Daten getrennt nach mutiertem Protein, so zeigt sich eine signifikante Reduktion von Fmax für die ß-MyHCMutationen (MYH7; Abb. 2E), im Gegensatz zu den cMyBPC-Mutationen (Abb. 2F). Ebenso war die maximale Kraft der Zellen von Patienten mit IVS > 25mm signifikant kleiner als bei AoSt. Insgesamt zeigen die funktionellen Untersuchungen nach Angleichung der PKA-abhängigen Phosphorylierung, dass sich die Kardiomyozyten bei HOCM-bedingter Hypertrophie hinsichtlich der Calciumempfindlichkeit und der Kraftentwicklung von Kardiomyozyten bei AoSt und Donor unterscheiden, wobei auch der Schwergrad der Septumhypertrophie einen Einfluss zu haben scheint. Demgegenüber verhalten sich Kardiomyozyten von AoSt sehr ähnlich den Donor-Kardiomyozyten. Um zu klären, ob bei H(O)CM häufig beobachtete morphologische Veränderungen ursächlich für die teilweise reduzierte Kraftentwicklung sein könnten, wurden licht- und elektronenmikroskopische Analysen der Gewebeproben durchgeführt. Die Bewertung ergab für HOCM nicht nur deutlich mehr interstitielle Fibrose und zelluläre sowie myofibrilläre Unordnung, sondern auch besonders auffallend starke morphologische Veränderungen der Z-Scheiben, der Glanzstreifen und Erweiterungen von T-Tubuli. Diese Abweichungen waren in einzelnen Myokardproben von AoSt auch zu erkennen, jedoch in weit geringerem Ausmaß. Eine Zusammenfassung der qualitativen Bewertung basierend auf einer Bewertung des Schweregrades der jeweiligen Veränderung von 0-3 ist in Abb.3A gezeigt. Forschungsbericht 2014 23 Physiologie Abb. 3: (A) Bewertung des Schweregrads morphologischer Veränderungen (EM und LM) (Skala 0 für nicht vorhanden bis 3 für sehr ausgeprägt) und (B-C) Analyse der Expression verschiedener microRNAs in den Ge-webeproben (Donor n=6; AoSt n=4; HOCM n=15). Da gezeigt worden war, dass myokardiale Hypertrophie mit typischen Veränderungen der microRNA-Profile im Myokard einhergeht, untersuchen wir derzeit, ob es auch für die verschiedenen Formen der Hypertrophie bei AoSt und HOCM spezifische Veränderungen in der miR-Expression gibt (Abb. 3B und C). Erste Ergebnisse zeigen für miR-206 und andeutungsweise auch miR-499 eine sowohl bei AoSt als auch bei HOCM gleichermaßen veränderte Expression. Interessanterweise ist die im gesunden Myokard (Donor) nur äußerst gering exprimierte miR-206 bei AoSt und HOCM signifikant erhöht. Zusammengefasst zeigen die funktionellen und morphologischen Untersuchungen, dass sich die ausgeprägte Septum-Hypertrophie bei HOCM nicht nur funktionell, sondern auch morphologisch von Hypertrophie bei AoSt unterscheidet. Auch bei AoSt zeigen sich strukturelle Veränderungen, jedoch sind die einzelnen Kardiomyozyten im Hinblick auf Kraftentwicklung und Calcium-Sensitivität mit Herzmuskelzellen aus Donorgewebe vergleichbar. Die Unterschiede bei HOCM sind vermutlich auf die in den Herzmuskelzellen bzw. im Sarkomer, der morphologischen und funktionellen Untereinheit der Zellen, selbst liegende Ursache für die Erkrankung zurückzuführen. Nach unserer Hypothese spielt eine ungleiche Expression des mutierten Proteins und daraus resultierende unterschiedliche Kontraktionseigenschaften von Zelle zu Zelle zumindest für ß-MyHC-Mutationen eine zentrale Rolle für die Entstehung für H(O)CM. Die bei HOCM im Mittel reduzierte Calciumsensitivität ist Zeichen einer veränderten Funktion der Kardiomyozyten, die ihrerseits Ursache für die stärkeren morphologischen Veränderungen (EM und LM) sein könnte. Bei AoSt ist die Hypertrophie eine Reaktion aller Kardiomyozyten gleichermaßen auf die Druckbelastung, bei HOCM eher eine Reaktion auf die primär veränderte Funktion der einzelnen Herzmuskelzellen, die Druckbelastung entsteht mit/infolge der Septum-Hypertrophie. Projektleitung: Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Perrot, Andreas, Charité, Berlin; Thum, Thomas (Prof. Dr. Dr.), IMTTS, MHH; Mühlfeld, Christian (Prof. Dr.), Institut für Anatomie, MHH; Schmidtke, Jörg (Prof. Dr.), Stuhrmann-Spangenberg, Manfred (Prof. Dr.), Keyser, Britta (Dr.), alle Institut f. Humangenetik, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona; E Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Dos Remedios, Cris (Prof. Dr.), University of Sydney, Sydney, AUS; Förderung: DFG; StrucMed, MHH Weitere Forschungsprojekte Einfluss von FHC-assoziierten Mutationen im Konverter des ß-kardialen Myosins auf die Molekülsteifheit. Messungen am individuellen Myosinmolekül mittels optischer Falle Projektleitung: Brenner, Bernhard (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Steffen, Walter (PD Dr.), Molekular- und Zellphysiologie, MHH; Förderung: DFG; StrucMed, MHH 24 Forschungsbericht 2014 Physiologie Hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie: Genotypisierung und Charakterisierung des molekularen Phänotyps durch Untersuchungen an isolierten Kardiomyozyten aus Myektomiegewebe Projektleitung: Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Perrot, Andreas, Charité, Berlin; Thum, Thomas (Prof. Dr.), IFB-Molekulare und Translationale Therapiestrategien, MHH; Mühlfeld, Christian (Prof. Dr.), Institut für Anatomie, MHH; Schmidtke, Jörg (Prof. Dr.), Institut f. Humangenetik, MHH; Stuhrmann-Spangenberg, Manfred (Prof. Dr.), Institut f. Humangenetik, MHH; Keyser, Britta (Dr.), Institut f. Humangenetik, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Dos Remedios, Cris (Prof. Dr.), University of Sydney, Sydney, AUS; van der Velden, Jolanda (Prof. Dr.), Vrije Universiteit Amsterdam, NL; Förderung: DFG; StrucMed, MHH Funktionelle Auswirkungen von FHC-assoziierten Mutationen in der Myosin-Kopfdomäne. Biomechanische Untersuchungen an einzelnen Muskelfasern aus M. soleus-Biopsien von FHC-Patienten Projektleitung: Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Perrot, Andreas, Charité, Berlin; Bauersachs, Johann (Prof. Dr.), Klinik für Kardiologie und Angiologie; Thum Thomas (Prof. Dr.), IFB-Molekulare und Translationale Therapiestrategien, MHH; Schmidtke, Jörg (Prof. Dr.), Institut f. Humangenetik, MHH; Stuhrmann-Spangenberg, Manfred (Prof. Dr.), Institut f. Humangenetik, MHH; McKenna, William J. (Prof. Dr.), The Heart Hospital, University College London, UK; Förderung: DFG Funktionelle Charakterisierung von FHC-assoziierten Mutationen in der Myosin-Kopfdomäne mittels des Aktinfilament-Gleitassays Projektleitung: Scholz, Tim (Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Förderung: DFG Single molecule studies on ß-cardiac myosin heavy chain mutations linked to hypertrophic cardiomyopathy (HCM) in humans Projektleitung: Amrute-Nayak, Mamta (Dr.); Förderung: HiLF, MHH Funktionelle Charakterisierung von Myofibrillen aus Myektomieproben bei hypertrophisch obstruktiver Form der FHC Projektleitung: Iorga, Bodgan (Jr. Prof. Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Brenner, Bernhard (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Perrot, Andreas, Charité, Berlin; Förderung: DFG Contraction kinetics of myofibrils isolated from M. soleus biopsies or myocardium (myectomies, explanted hearts) of FHC-patients with missense mutations in the cardiac myosin head domain Projektleitung: Iorga, Bodgan (Jr. Prof. Dr.); Kooperationspartner: Kraft, Theresia (Prof. Dr.), Molekular- und Zellphysiologie, MHH; Brenner, Bernhard (Prof. Dr.), Molekular- und Zellphysiologie, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Förderung: DFG Relative Quantifizierung des Anteils an wildtyp - und mutiertem ß-kardialem Myosin auf mRNA und Protein-Ebene in Myokardgewebe und M. Soleus - Biopsien von FHC-Patienten Projektleitung: Montag, Judith (Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Pich, Andreas (Prof. Dr.), Toxikologie, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Perrot, Andreas, Charité, Berlin; van der Velden, Jolanda (Prof. Dr.), Vrije Universiteit Amsterdam, NL; Förderung: DFG; StrucMed, MHH Forschungsbericht 2014 25 Physiologie Expressionsanalyse mutierter ß-Myosin-mRNA in einzelnen, laser-mikrodissektierten Kardiomyozyten aus Gewebe von Patienten mit Familiärer Hypertropher Kardiomyopathie (single-cell-level allelic imbalance) Projektleitung: Montag, Judith (Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Wissel, Kristen (Dr.), HNOKlinik, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Perrot, Andreas, Charité, Berlin; Förderung: HiLF, MHH; StrucMed, MHH Analyse der molekularen Mechanismen der allelischen Imbalance in Myokardgewebe bei FHC Projektleitung: Montag, Judith (Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Förderung: StrucMed, MHH Kardiomyozyten aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen als in vitro Modell der Familiären Hypertrophen Kardiomyopathie Projektleitung: Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Zweigerdt, Robert (Dr.), HTTG Chirurgie, MHH; Martin, Ulrich (Prof. Dr.), HTTG Chirurgie, MHH; Fischer, Martin (Dr.), Neurophysiologie, MHH; Wrede, Christoph (Dr.), Institut für Anatomie, MHH; Hegermann, Jan (Dr.), Institut für Anatomie, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Förderung: DFG; StrucMed, MHH Contraction kinetics and calcium sensitivity of cardiomyocytes derived from fibroblasts of FHC-patients with myosin mutations via human induced pluripotent stem cells Projektleitung: Iorga, Bodgan (Jr. Prof. Dr.); Kooperationspartner: Kraft, Theresia (Prof. Dr.), Molekular- und Zellphysiologie, MHH; Brenner, Bernhard (Prof. Dr.), Molekular- und Zellphysiologie, MHH; Martin, Ulrich (Prof. Dr.), HTTG Chirurgie, MHH; Zweigerdt, Robert (Dr.), HTTG Chirurgie, MHH; Francino, Antonio (Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Navarro-Lopez, Francesco (Prof. Dr.), Hospital Clinic, Barcelona, E; Förderung: DFG Generierung eines knock-in FHC-Schweinemodells mit Punktmutation im ß-kardialen Myosin zur Charakterisierung der Pathogenese der FHC Projektleitung: Brenner, Bernhard (Prof. Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Montag, Judith (Dr.); Kooperationspartner: Niemann, Heiner (Prof. Dr.), FLI Mariensee; Petersen, Björn (Dr.), FLI Mariensee; Förderung: REBIRTH (DFG) Charakterisierung von Veränderungen der Kontraktionseigenschaften und Calcium-Transienten isolierter Kardiomyozyten bei Hypertrophie-Entwicklung von Mäusen mit muscle RING finger (MuRF) Protein-knock-out Projektleitung: Geers-Knörr, Cornelia (Dr.); Kraft, Theresia (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Fielitz, Jens (Prof. Dr.), Charité, MDC, Berlin; Förderung: DFG Zelluläre Verteilungsmechanismen des mit der Alzheimer-Krankheit assoziierten Tau Proteins und seine Auswirkungen auf die Kinesin-Funktion Projektleitung: Scholz, Tim (Dr.); Kooperationspartner: Mandelkow, Eckhard (Prof. Dr.), DZNE und CAESAR Institut, Bonn; van Ham, Marco (Dr.), HZI Braunschweig; Walter, Wilhelm (Prof. Dr.), Universität Hamburg; Förderung: StrucMed, MHH Wirkungsmechanismen kleinmolekularer Hemmstoffe auf mitotische Kinesinmoleküle Projektleitung: Scholz, Tim (Dr.); Kooperationspartner: Kirschning, Andreas (Prof. Dr.), Institut für Organische Chemie, LUH; Schmidt, Christoph (Prof. Dr.), Georg-August-Universität Göttingen; Lakämper, Stefan (Dr.), ETH Zürich, CH; Sasse, Florenz (Dr.), HZI Braunschweig; Förderung: StrucMed, MHH Klasse 1 Myosine als Regulatoren von Mikrotubulidynamik und Kinesinfunktion Projektleitung: Scholz, Tim (Dr.); Kooperationspartner: Tsiavaliaris, Georgios (Prof. Dr.), Biophysikalische Chemie, MHH; Förderung: DFG 26 Forschungsbericht 2014 Physiologie Charakterisierung der Motormechanik einzelner Dyneinmoleküle mit Hilfe der optischen Falle Projektleitung: Steffen, Walter (Dr.); Kooperationspartner: Koonce, Michael (Dr.), Wadsworth Center, Albany, NY, USA; Kon, Takahide (Prof. Dr.), Osaka University, JP; Förderung: DFG Molekulare Grundlage der Funktionsweise von Myosin-2 Projektleitung: Steffen, Walter (Dr.); Kooperationspartner: Brenner, Bernhard (Prof. Dr.), Molekular- und Zellphysiologie, MHH; Manstein, Dietmar, (Prof. Dr.), Biophysikalische Chemie, MHH; Chantler, Peter (Prof. Dr.), Royal Veterinary School, London, UK; Förderung: DFG 3D Rekonstruktion der Motordomäne des muskulären Myosins Projektleitung: Hodgkinson, Julie Lynne (Dr.); Kooperationspartner: Morris, Edward (Dr.), The Institute of Cancer Research, London, UK CO2-Permeabilität biologischer Membranen: Untersuchungen der Mechanismen der Gaspermeation durch Membranproteine, die als Gaskanäle fungieren. Untersuchungen an nativen Erythrocytenmembranen, Cardiomyocytenmembranen, HEK-und tsA-Zellmembranen, Mitochondrienmembranen u.a. Projektleitung: Endeward, Volker (PD Dr.); Al-Samir, Samer (Dr.); Gros, Gerolf (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Hedfalk, Kristina, (Prof. Dr.), Dept. Chemistry Biochemistry, University of Göteborg, SE; Cartron, Jean-Pierre, (Dr.), Centre National de la Transfusion Sanguine, INSERM, Paris, FR; Förderung: DFG O2- und CO2-Permeabilität künstlicher Lipid-Bilayer-Membranen mit und ohne rekonstituierte Proteingaskanäle und von Erythrocytenmembranen mittels stopped-flow und massenspektrometrischer Untersuchungen Projektleitung: Endeward, Volker (PD Dr.); Al-Samir, Samer (Dr.); Gros, Gerolf (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Itel, Fabian, Dept. Chemie, Universität Basel, CH; Tsiavaliaris, Georgios (Prof. Dr.), Biophysikalische Chemie, MHH; Förderung: DFG Maximale O2-Verbräuche Gaskanal-defizienter Mäuse und ihre limitierenden Faktoren. Morphologische und funktionelle Eigenschaften des Herzens der AQP1-defizienten Maus Projektleitung: Al-Samir, Samer (Dr.); Endeward, Volker (PD Dr.); Gros, Gerolf (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Steinlechner, Stephan (Prof. Dr.), Zoologisches Institut, Tierärztliche Hochschule Hannover; Wollert, Kai C. (Prof. Dr.), Molekulare und translationale Kardiologie, MHH; Wang, Yong (Dr.), Molekulare und translationale Kardiologie, MHH; Förderung: DFG Mechanismus der Interaktion des Anionenaustauschers AE1 und der cytosolischen Carboanhydrase II Projektleitung: Endeward, Volker (PD Dr.); Al-Samir, Samer (Dr.); Gros, Gerolf (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Sly, William S. (Prof. Dr.), Dept. Biochemistry and Molecular Biology, St. Louis University School of Medicine, St. Louis, USA; Alper, Seth (Prof. Dr.), Harvard University Medical School, Boston, USA; Papadopoulos, Symeon (Prof. Dr.), Institut für Physiologie, Universität Köln; Förderung: DFG Die Wirkung von Training mit intensiven Ultrakurzintervallen auf die Dauerleistungsfähigkeit, den Energiestoffwechsel und den Muskelfasertyp Projektleitung: Meißner, Joachim (Dr.); Gros, Gerolf (Prof. Dr.); Kooperationspartner: Maassen, Norbert (Prof. Dr.), Sportmedizin, MHH, Institut f. Sportwissenschaften, LUH; Engeli, Stefan (PD Dr.), Klinische Pharmakologie, MHH Charakterisierung einer Muskelzellprimärkultur vom Kaninchen mit besonders ausgeprägter Plastizität Projektleitung: Meißner, Joachim (Dr.); Kooperationspartner: Kubis, Hans-Peter (Dr.), School of Sport, Health and Exercise Sciences, University of Bangor, UK Forschungsbericht 2014 27 Physiologie Originalpublikationen Amrute-Nayak M, Lambeck KA, Radocaj A, Huhnt HE, Scholz T, Hahn N, Tsiavaliaris G, Walter WJ, Brenner B. ATP turnover by individual myosin molecules hints at two conformers of the myosin active site. Proc Natl Acad Sci U S A 2014;111(7):2536-2541 Brenner B, Seebohm B, Tripathi S, Montag J, Kraft T. Familial hypertrophic cardiomyopathy: functional variance among individual cardiomyocytes as a trigger of FHC-phenotype development. Front Physiol 2014;5:392 Claassen L, Papst S, Reimers K, Stukenborg-Colsman C, Steinstraesser L, Vogt PM, Kraft T, Niederbichler AD. Inflammatory Response to Burn Trauma: Nicotine Attenuates Proinflammatory Cytokine Levels. eplasty 2014;14(e46):392-401 Abstracts 2014 wurden 16 Abstracts publiziert. Promotionen Lambeck, Katharina-Antonia (Dr. med.): Untersuchungen zum ATP-Umsatz von Myosin mittels Einzelmolekülassay und MonteCarlo-Simulation. Mutig, Natalie (Dr. med.): Frühe stimulierende und späte inhibierende Effekte der Lipoteichonsäure des Staphylococcus aureus auf Kontraktilität und Calciumtransienten adulter ventrikulärer Rattenkardiomyozyten. Master Endeward V, Al-Samir S, Itel F, Gros G. How does carbon dioxide permeate cell membranes? A discussion of concepts, results and methods. Front Physiol 2014;4:382 Hanke, Eva (M. Sc.): Establishment of a cardiac in vitro motility test system for the functional characterisation of left ventricular myosin molecules. Linck R, Fu X, Lin J, Ouch C, Schefter A, Steffen W, Warren P, Nicastro D. Insights into the structure and function of ciliary and flagellar doublet microtubules: tektins, Ca2+-binding proteins, and stable protofilaments. J Biol Chem 2014;289(25):17427-17444 Weitere Tätigkeiten in der Forschung Lossie J, Köhncke C, Mahmoodzadeh S, Steffen W, Canepari M, Maffei M, Taube M, Larcheveque O, Baumert P, Haase H, Bottinelli R, Regitz-Zagrosek V, Morano I. Molecular mechanism regulating myosin and cardiac functions by ELC. Biochem Biophys Res Commun 2014;450(1):464-469 Scholz T, Mandelkow E. Transport and diffusion of Tau protein in neurons. Cell Mol Life Sci 2014;71(16):3139-3150 Witjas-Paalberends ER, Ferrara C, Scellini B, Piroddi N, Montag J, Tesi C, Stienen GJ, Michels M, Ho CY, Kraft T, Poggesi C, van der Velden J. Faster cross-bridge detachment and increased tension cost in human hypertrophic cardiomyopathy with the R403Q MYH7 mutation. J Physiol 2014;592(Pt 15):3257-3272 Brenner, Bernhard (Prof. Dr.): Editorial Board Member Biophysical Journal, Gutachter inländische und ausländische Forschungsförderungsinstitutionen, Gutachter für diverse internationale Journale. Kraft, Theresia (Prof. Dr.): Gutachter für die DFG, Gutachter für diverse internationale Journale. Scholz, Tim (Dr.): Gutachter für diverse internationale Journale. Steffen, Walter (Dr.): Gutachter für diverse internationale Journale. Montag, Judith (Dr.): Gutachter für diverse internationale Journale. Gros, Gerolf (Prof. Dr.): Gutachter inländische und ausländische Forschungsförderungsinstitutionen, Gutachter für diverse internationale Journale. Endeward, Volker (PD Dr.): Gutachter für diverse internationale Journale. Meißner, Joachim (Dr.): Gutachter für diverse internationale Journale. 28 Forschungsbericht 2014
