Institut für Biochemie

Institut für Biochemie
1. Forschungsprojekte
Projektleiter:
Projekttitel:
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung:
Laufzeit:
Kurzbeschreibung:
Stichwörter:
Prof. Dr. Gerhard Hübner
Aktivierung des Cofaktors Thiamindiphosphat in Enzymen
University Waltham (Brandeis ); MA - USA -Prof. Dr. D. Kern
Haushalt
31.01.1996 - 31.01.2001
Der Diphosphorsäureester des Vitamin B1 ist der Cofaktor einer Reihe
von Enzymen, die die Spaltung und Bildung von
Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen katalysieren. Die Schlüsselreaktion
dieser enzymatischen Reaktionen ist die Aktivierung des Cofaktors
Thiamindiphosphat unter Bildung des reaktiven Carbanions.
Für die Aufklärung der Katalysemechanismen dieser
thiamindiphosphatabhängigen Enzyme werden Untersuchungen zur
Aktivierung des Cofaktors an den entsprechenden Wildtypenzymen und
deren Varianten durchgeführt.
Cofaktoraktivierung, Katalysemechanismus
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Gerhard Hübner
Untersuchungen zum Katalysemechanimus der phosphatabhängigen
Pyruvatoxidase aus L. plantarum
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.09.2001 - 01.09.2005
Kurzbeschreibung: Die phosphat- und sauerstoffabhängige Pyruvatoxidase aus Lactobacillus
plantarum, die FAD und Thiamindiphosphat als Cofaktoren enthält,
katalysiert die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat, wobei der
energiereiche Metabolit Acetylphosphat und Wasserstoffperoxid gebildet
werden. Ziel der Untersuchungen ist die Aufklärung des
Katalysemechanismus bis in das molekulare Detail, insbesondere
hinsichtlich des intramolekularen Elektronentransfers.
Stichwörter:
Elektronentransfer, Enzymmechanismus, Phosphatgruppenübertragung
Projektleiter:
Projekttitel:
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Prof. Dr. Gerhard Hübner
Untersuchungen zur Regulation des humanen
Pyruvatdehydrogenasekomplexes
University of New York; Buffalo - USA -Prof. M. Patel
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Fördereinrichtung: Haushalt
Laufzeit:
01.10.2001 - 30.10.2005
Kurzbeschreibung: Thiamindiphosphat ist der Cofaktor einer Reihe von Enzymen, die die
Spaltung und Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen katalysieren.
Der Pyruvatdehydroge-nasekomplex ist aus drei Komponenten
aufgebaut, wobei die E1-Komponente den Cofaktor Thiamindiphosphat
bindet. Der Komplex katalysiert die oxidative Decarboxylierung von
Pyruvat und stellt ein Schlüsselenzym des Hauptstoffwechsels dar. Die
katalytische Aktivität des humanen Proteins wird durch Phosphorylierung
und Dephosphorylierung an drei potentiellen Phosphorylierungsstellen der
E1-Komponente reguliert. Zur Aufklärung des Regulationsprinzips an
diesem zentralen Stoffwechselenzym im molekularen Detail werden
proteinchemische und spektroskopische Untersuchungen am Wildtyp und
an verschiedenen Varianten der E1-Komponente durchgeführt.
Stichwörter:
Intermediatanalyse, Katalyse, NMR-Spektroskopie,
Pseudophosphorylierung, Regulation, Thiamindiphosphat
Projektleiter:
Projekttitel:
Dr. Stephan König
Biokatalysatoren als Strukturproteine
Struktur-Funktions-Studien an
Thiamindiphosphat-abhängigen Enzymen bei sehr hohen
Proteinkonzentrationen
EMBL c/o Hamburg, Karolinska Institut Stockholm
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung: Land (Sachsen-Anhalt)
Laufzeit:
01.05.2002 - 30.04.2005
Kurzbeschreibung: Mit der Realisierung dieses Vorhabens sollen wissenschaftliche
Erkenntnisse auf dem bisher nur wenig bearbeiteten Gebiet der
proteinkonzentrationsabhängigen Veränderung von Funktion und Struktur
verschiedener Enzyme des Hauptstoffwechsels gewonnen werden.
Kinetische bzw. allgemeine biochemische Charakterisierung von
Enzymen werden in der Regel im nano- bis mikromolaren
Konzentrationsbereich vorgenommen. Verschiedene
Thiamindiphosphat-abhängige Enzyme liegen in vivo dagegen in sehr viel
höheren Konzentrationen vor.
Im Rahmen dieses Vorhabens soll das Verhalten verschiedener
TDP-abhängiger Enzyme unter diesen Konzentrationsbedingungen
getesteten werden. Praktisch sollen diese Aufgaben im Rahmen von
wissenschaftlichen Qualifizierungsmaßnahmen wie Diplom- und
Promotionsarbeiten erfolgen. Methodisch kommen dafür die Enzymkinetik
(einschließlich stopped-flow Technik), UV/Vis-, CD- und
Fluoreszenzspektroskopie, Röntgenkleinwinkelstreuung aus
Synchrotronstrahlung und Proteinkristallstrukturanalyse zum Einsatz.
Stichwörter:
CD, Fluoreszenz, in vivo, Kristallstrukturanalyse,
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Röntgenkleinwinkelstreuung, Spektroskopie, stopped-flow,
Synchrotronstrahlung, Thiamindiphosphat, UV/Vis
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Adaptive physiologisch-biochemische Reaktionen auf ökologisch
relevante Wirkstoffe
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.10.2000 - 30.09.2003
Kurzbeschreibung: Das DFG-Graduiertenkolleg
"Adaptive physiologisch-biochemische Reaktionen auf ökologisch
relevante Wirkstoffe" wurde 1997 gestartet (1.Phase 1997-2000) und
befindet sich jetzt in der 2. Förderperiode. Im interdisziplinär
ausgerichteten Programm kooperieren Einrichtungen der
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (Fachbereiche
Biochemie/Biotechnologie, Biologie und Pharmazie, Medizinische
Fakultät, Universitätszentrum für Umweltwissenschaften) mit dem
Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie und dem
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle. Die wesentlichen
Forschungsrichtungen des Kollegs sind Zellbiologie, Biochemie von
Mikroorganismen, Pflanzen und Humanzellen sowie Pharmazeutische
Biologie, Toxikologie, Ökotoxikologie und Bioremediation.
Stichwörter:
Biochemie, Biologie; pharmazeutische, Bioremediation, Humanzelle,
Mikroorganismus, Ökotoxikologie, Pflanze, Toxikologie, Zellbiologie
Projektleiter:
Projekttitel:
Fördereinrichtung:
Laufzeit:
Kurzbeschreibung:
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Aquatische Pilze unter Schwermetall- und Organika-Belastung
Haushalt
01.12.1999 - 31.05.2003
Pilze bestimmen neben Bakterien wesentlich das ökologische
Leistungspotenzial im Lebensraum. Aquatische Hyphomyceten als
wichtige Glieder der Nahrungsketten in Wässern wurden erstmals aus
hoch schwermetallbelasteten Oberflächenwässern des ehemaligen
Kupferschiefer-Bergbaugebietes Mansfelder Land beschrieben (UFZ, AG
Grundwasser-Mikrobiologie, Leipzig-Halle, Dr. Krauß). Die dort
vorhandene Sammlung von Isolaten ist die Grundlage gemeinsamer
Untersuchungen zu biochemischen Toleranzmechanismen dieser
"komple" angepassten Organismen (weitere Kooperation: Prof. Bärlocher,
Dr. J. Ehrmann, Mount-Allsion-University, Sackville, Kanada). Zwei
Heliscus lugdunensis-Stämme, isoliert aus einem hoch belasteten und
einem moderat belasteten Standort, zeigen deutlich unterschiedliche
physiologisch-biochemische Merkmale unter Cd-Exposition
(Schwermetallbiosorption und -akkumulation, Enzyme mit Relevanz zum
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Stichwörter:
Projektleiter:
Projekttitel:
Fördereinrichtung:
Laufzeit:
Kurzbeschreibung:
Stichwörter:
zellulären Redox-Status, Gehalt an GSH und seiner Präkursoren). Der
Gehalt an Glutathion, einem multifunktionellen Metaboliten mit zentraler
Bedeutung für die Bewältigung von Umweltstress, ist erhöht.
Phytochelatin (PC 2) wird in unterschiedlichem Maße induziert.
Die Bereitstellung von Sulfat für die Pilz-Zellen ist offentsichtlich
essenziell. Experimentelle Schlussfolgerungen sind aus der Zunahme des
zellulären Sulfid-Pools zu ziehen. Diese physiologisch-biochemischen
Merkmale, zusammen mit deutlichen Unterschieden in der Morphologie
der Konidiosporen, deuten darauf hin, dass beide Stämme
unterschiedliche Ökotypen repräsentieren.
Ein schwermetalltoleranter Heliscus lugdunensis-Stamm zeigte bei
Angebot an 1-Naphthol einen ausgeprägten
Phase-II-Fremdstoffmetabolismus, mit 1-Methoxynaphthalen und
1-Naphthylsulfat als Biotransformationsprodukte.
UDP-Glucuronyltransferase (mikrosomal) und UDP-Glucosyltransferase
(cytosolisch) wurden charakterisiert (Kooperation: Dr. K. Grancharov,
Prof. Golovinsky, Bulgarische Akademie der Wissenschaften, Institut für
Molekularbiologie, Sofia).
Ziel der Untersuchungen sind Einblicke in physiologisch-biochemische
Anpassungsstrategien an Schwermetalle im Schwefel- und
Glutathion-Metabolismus aquatischer Hyphomyceten.
Hyphomyceten, Schwermetall
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Einzelzellanalytik
Haushalt
01.06.2002 - 31.05.2005
In der Abteilung wurde ein Speziallabor für Einzelzellanalytik etabliert. So
sind die mikroskopisch gestützte Extraktion von Zellinhalten sowie die
hochempfindliche Substanztrennung durch Kapillarelektrophorese mit
Laser-gestützter Fluoreszenzdetektion möglich.
Diese Ultraspurenanalytik wird genutzt für Untersuchungen zur
Kompartimentierung von Sulfat-Assimilation und Glutathion-Metabolismus
unter Schwermetallstress in Zellen (Cytosol, Vakuolen) von Moosen und
Pilzen.
Einzelzellanalytik, SiCSA
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Intrazelluläre Schwermetallentgiftung durch Glutathion in Physcomitrella
patens
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.10.2000 - 30.09.2003
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Kurzbeschreibung: Schwefel wird normalerweise als SO42- über H /SO42--Cotransporter
aufgenommen, die in Wurzeltyp-, Blatttyp-, und
Wurzel/Sprosstyp-Transporter klassifiziert werden können. Die SO42-Aufnahme ist stark über den intrazellulären Gehalt an SO42-, Cys und
GSH/GS-SG reguliert. Nach Aufnahme kommt es, vorwiegend in den
Chloroplasten, zur Reduktion des SO42-.
Der erste Schritt der assimilatorischen SO42--Reduktion ist die Aktivierung
des SO42- durch ATP unter Bildung von Adenosin-5-Phosphosulfat (APS)
durch die ATP-Sulfurylase. Anschließend wird das aktivierte SO42- mittels
APS-Reduktase zum SO32- reduziert, das dann mittels SO32--Reduktase
zu S2- reduziert wird. S2- reagiert, katalysiert durch die
O-Acetylserin-(Thiol-)Lyase, mit O-Acetylserin (durch
Ser-Acetylserin-Transferase aktiviertes Serin) und wird somit als Cys
fixiert. Aus Cys werden durch γEC-Synthetase (auch bezeichnet als
GSH1 bzw. γGlu-Cys-Ligase) γEC und anschließend durch
GSH-Synthase (auch bezeichnet als GSH2) GSH synthetisiert.
GSH ist als nicht-proteinogener Hauptspeicher für
reduzierten Schwefel in Pflanzen ein zentraler Stoffwechsel-Metabolit,
u.a. auch als Substrat für die Fremdstoff-Konjugation und für die
Phytochelatin-Biosynthese. Über die Regulation des pflanzlichen
S-Stoffwechsels unter Schwermetallstress liegen bisher nur wenige
Befunde vor.
Stichwörter:
Projektleiter:
Projekttitel:
Moose zeigen offensichtlich im Vergleich zu höheren Pflanzen deutliche
Unterschiede in ihrer zellulären Stressantwort auf Schwermetalle. Das
Objekt der Arbeiten ist Physcomitrella patens, ein eukaryotisches
Landmoos, dessen Genom (fast) vollständig sequenziert worden ist: Es
enthält ca. 511 Mbp, die ca. 25 000 Gene verschlüsseln. Der Organismus
ist für genetische Modif ikationen über homologe Rekombination
zugänglich. In P. patens werden unter Cd-Exposition keine Phytochelatine
induziert, jedoch steigt der GSH-Gehalt signifikant an. Unter Bezug auf
die Befunde mit Fontinalis antipyretica ist von einer
in-vivo-Chelatierungs-Funktion von GSH für Cd2 auszugehen. Für die
Arbeiten wurden in der Abteilung Protonema- und
Pflänzchen-Kulturführungen etabliert. Zudem sind die Zellen aus den
Sterilkulturen groß genug, um mit Einzelzellanalytik untersucht werden zu
können.
glutathion, heavy metal, moss, Physcomitrella patens, thiolpeptid
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Metallothioneine der Muschel <I>Mytilus galloprovincialis</I> als
Biomarker für Schwermetallbelastungen
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Fördereinrichtung: DAAD
Laufzeit:
01.04.2001 - 31.03.2003
Kurzbeschreibung: In Kooperation mit Prof. Elamrani (Universität Casablanca) werden
hochauflösende analytische Verfahren (HPLC, CE-LIF, CE-Diodenarray)
entwi-ckelt, um Metallothioneine (MT) aus metallexponierten Muscheln zu
bestimmen und als Biomarker für Schwermetallbelastung des marinen
Systems zu etablieren. Es gelang die Trennung von Protein-Isoformen,
die sich durch eine differente Komplexierung von Schwermetallen
unterscheiden, sowie der immunologische Nachweis nach
elektrophoretischer Trennung.
Stichwörter:
Metallothionein, Mytilus galloprovincialis, Schwermetall
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Phytoremediation von mit Schwermetallen belasteten Minenabwässern
durch Chlamydomonas reinhardtii
Metal homeostasis in E. coli
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.02.2001 - 31.01.2004
Kurzbeschreibung: Innerhalb dieses Projektes sollen Untersuchungen zu Schwermetallstress
und -homöostase erfolgen,
um in einem ersten Schritt zu evaluieren, ob Chlamydomonas reinhardtii
in der Lage ist,
größere Mengen Metalle intra- oder extracellulär zu akkumulieren.
Stichwörter:
Projektleiter:
Projekttitel:
Fördereinrichtung:
Laufzeit:
Kurzbeschreibung:
In einem zweiten Schritt soll die einzelligen Alge
zur Bioremediation von Schwermetallen in belasteten Mienenabwässer
eingesetzt werden.
Chlamydomonas reinhardtii, Phytoremediation
Prof. Dr. Gerd-Joachim Krauß
Schwermetallstress in Gerste (Hordeum vulgare)
DFG
01.10.2000 - 30.09.2003
In Kooperation mit Prof. Humbeck (Universität Halle, Institut für
Pflanzenphysiologie) wird zur Rolle von Metallothioneinen während der
Schwermetall-induzierten Blattseneszenz gearbeitet. Bis jetzt konnte aus
Gerste ein Satz an Sonden zur Detektion der Transkripte bekannter
Schwermetall-Bindefaktoren isoliert, kloniert und sequenziert werden
(Metallothioneine, Phytochelatinsynthase, Blue Copper Protein etc.). Es
gelang über die Nutzung eines neuartigen Differential-Display-Ansatzes
(RFDD-PCR) weitere bisher unbekannte Schwermetall-induzierte Klone
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aus Gerste zu isolieren und zu sequenzieren.
Stichwörter:
Erste Analysen in Blättern der Gerste nach Schwermetall-Stress oder in
verschiedenen Alterungsstadien zeigen unterschiedliche
Expressionsmuster der verschiedenen Metallbinde-Faktoren. Dies spricht
für eine Rollenverteilung, wobei einige Komponenten offenbar bei der
"Entgiftung" schädigender Schwermetalle und andere Faktoren bei der
Aufrechterhaltung der Metallhomöostase mitwirken.
Hordeum vulgare, Metallothionein, Phytochelatin, Schwermetall
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Klaus Neubert
Design und Synthese leukozytärer Peptidaseeffektoren und ihre
Optimierung auf der Basis von Struktur-Wirkungs-Untersuchungen
Wissenschaftliche Universität Magdeburg - Mediinische Fak. - Inst. f. Immunologie - PD Dr.
Zusammenarbeit:
Dirk Reinhold
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.10.2001 - 30.09.2004
Kurzbeschreibung: Die Arbeiten des SFB 387 und Literaturbefunde haben gezeigt, dass die
Expression und enzymatische Aktivität leukozytärer Peptidasen eng mit
der Regulation/Modulation von Immun- und Entzündungsprozessen
verknüpft sind. Besonderes Interesse gilt der DipeptidylpeptidaseIV
(DPIV/CD26), der offensichtlich eine Regulatorfunktion im Prozess der
Aktivierung und klonalen Expansion von T-Lymphozyten zukommt. Als
weitere interessante Proteasen haben sich die AminopeptidaseN
(APN/CD13), Elastase (NE), Proteinase3 (PR3) und verschiedene
Kathepsine erwiesen. Das Projekt umfaßt drei Aufgabenstellungen:
1. Synthese und enzymkinetische Charakterisierung neuartiger
hochspezifischer Fluoreszenzsubstrate zur Quantifizierung leukozytärer
Peptidaseaktivitäten.
2. Entwicklung und Charakterisierung spezifischer substratanaloger
Inhibitoren auf der Basis strukturmodifizierter
Peptidphosphonsäurediarylester.
3. Struktur-Wirkungs-Untersuchungen an physiologisch relevanten
DPIV-Liganden/Inhibitoren: Enzym-Ligand-Bindungsstudien,
Optimierung der Inhibitorstruktur, Peptidmimetika
Stichwörter:
Dipeptidylpeptidase IV/CD26, Enzymeffektor, fluorogenes Substrat,
Inhibitor
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Klaus Neubert
Entwicklung neuer Substrate für den intestinalen und renalen
H+/Peptidsymporter auf der Grundlage systematischer Untersuchungen
zur Transporter-Substrat-Interaktion
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Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung:
Laufzeit:
Kurzbeschreibung:
Stichwörter:
Projektleiter:
Projekttitel:
Biozentrum - PD Dr. M. Brandsch, Inst. für Ernährungswissenschaften Prof. Dr. Hannelore Daniel, TU München
Land (Sachsen-Anhalt)
01.07.1999 - 28.02.2003
Die Zielstellung des Projektes ist es, durch systematische
Untersuchungen an einer breiten Palette strukturmodifizierter
Aminosäure- und Peptidderivate sowie nichtpeptidischer Substanzen die
strukturellen Erfordernisse für den aktiven Transport sowohl am
intestinalen (PEPT1) als auch dem nierenspezifischen (PEPT2)
Symportsystem mit Hilfe der Zellkulturtechnik umfassend zu
charakterisieren und unter Einbeziehung der quantitativen
Struktur-Wirkungs-Analyse die Substratstruktur zu optimieren. Darüber
hinaus ist die Entwicklung von Prodrugs auf der Basis einer
Dipeptidtargetstruktur vorgesehen.
Die auf diese Weise erhaltenen Erkenntnisse zur
Struktur-Transport-Beziehung von Peptiden sind für die Entwicklung von
Peptidmimetika von hoher pharmokologischer und medizinischer
Relevanz.
Peptid, Peptidtransport, PEPT1, PEPT2, Struktur-Transport-Beziehung
Prof. Dr. Klaus Neubert
Entwicklung von Inhibitoren für Dipeptidylpeptidase IV und
Aminopeptidase N sowie dualer Inhibitoren zur simultanen Hemmung
beider Enzyme
Einrichtungen im Pharmaverbund Magdeburg
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung: Bund
Laufzeit:
01.09.2001 - 31.12.2003
Kurzbeschreibung: Entwicklung spezifischer Inhibitoren für Dipeptidylpeptidase IV und die
Aminopeptidase N sowie dualer Inhibitoren zur gleichzeitigen Inhibierung
beider Enzymktivitäten.
Stichwörter:
Projektleiter:
Projekttitel:
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
BMBF Verbundprojekt Pharma MD "Enzymefektoren als potenzielle
Pharmaka"
Aminopeptidase, Dipeptidylpeptidase IV, Peptidaseinhibitoren
Prof. Dr. Klaus Neubert
Opioidpeptide des Casomorphin-Typs mit antimitogenen und
µ-rezeptorsensibilisierenden Eigenschaften: Entwicklung einer
Basisstruktur und Untersuchungen zur molekularen Wirkungsweise
Universität Jena; Inst. f. Biochemie u. Biophysik -Prof. Dr. C. Liebmann
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Fördereinrichtung: Sonstige
Laufzeit:
01.11.1997 - 31.12.2001
Kurzbeschreibung: ß-Casomorphine sind genuin opiatartig wirkende Peptide der Milch.
Zielstellung dieser Arbeiten ist es, auf der Basis von
Struktur/Konformation-Wirkungs-Untersuchungen an ß-Casomorphinen
Peptidstrukturen zu entwicklen die selbst keine oder nur eine schwache
analgetische Wirkung aufweisen, andererseits aber in der Lage sind in
niedrigen Konzentrationen eine Sensibilisierung des
μ-Opioidrezeptors zu bewirken, wodurch die analgetisch wirksame
Dosis des μ-Opioidrezeptoragonisten Morphin gesenkt werden
kann. Gleichzeitig sollen diese ß-Casomorphinpeptide das Wachstum von
Tumorzellen hemmen.
Auf diese Weise soll mit Hilfe dieser Peptide des ß-Casomorphintyps die
schmerzdämpfende Wirkung von Opiaten (Morphin) mit der Hemmung
der Proliferation von Tumoren verknüpft werden.
Stichwörter:
Opioidpeptid. ß-casomorphines, µ-Opioidrezeptorsensibilisierung,
Wirkung; antimitogene
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Klaus Neubert
Teilprojekt 1 (TP1): Biologisch aktive Fragmente von Nahrungsproteinen
und der Lipid- und Lipoproteinstoffwechsel von Enterocyten Hepatocyten
unter Berücksichtigung potenzieller Veränderungen der
Schilddrüsenfunktion
Arbeitsgruppen im Rahmen des BMBF Netzwerkes
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung: Bund
Laufzeit:
01.01.2002 - 31.01.2005
Kurzbeschreibung: Unsere Teilaufgabe im Rahmen des Projektes (Landwirtschaftliche
Fakultät, Institut für Ernährungswissenschften betseht in der Synthese
enzymatisch abbaustabiler biologisch aktiver Peptide, die als Regulatoren
bzw. Modulatoren atherosklerose-relevanter Prozesse wie dem
Stoffwechsel des Cholestorols und der Lipoproteine agieren.
Stichwörter:
Projektleiter:
Projekttitel:
BMBF Netzwerk - Molekulare Ernährungsforschung
"Biologisch aktive Aminosäuren, Peptide und Proteine als nutritive
Einflussfaktoren auf die Atherosklerose
Arteriosklerose, Cholesterolstoffwechsel, Lipoproteinstoffwechsel,
Peptidregulator
Dr. Dirk Ostareck
Zelluläre Signale zur Steuerung der translationalen Genregulation durch
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Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung:
Laufzeit:
Kurzbeschreibung:
Stichwörter:
mRNA 3´UTR bindende Proteine
EMBL-Heidelberg - Dr. Michael Sattler, Inst. f. Biochemie - Prof. Wahle,
Universität Leipzig - IZKF Molekulare Medizin - Dr. Michael Cross
DFG
01.11.2002 - 31.03.2005
Die Charakterisierung der zellulären Kontrolle der
Retikulozyten-15-Lipoxygenase (r15-LOX) Expression ist Ziel dieses
Projektes. Die r15-LOX initiiert in reifen Retikulozyten durch die
Dioxygenierung der Mitochondrienmembran, den für die Bildung von
funktionalen Erythrozyten wichtigen Mitochondrienabbau. Die r15-LOX
Expression wird in den kernlosen erythroiden Zellen durch die Regulation
der r15-LOX mRNA Translation gesteuert. Wir klärten den Mechanismus
der Translationsregulation auf: In unreifen erythroiden Zellen ist die
Translation der r15-LOX mRNA inhibiert. An das "differentiation control
element" (DICE) in der r15-LOX mRNA 3`UTR binden die Proteine
hnRNP K und hnRNP E1 (Ostareck et al., 1997; Ostareck-Lederer et al.,
1994, 1998). Der 3`UTR hnRNP K/E1-DICE Komplex verhindert die
Bildung von 80S-Ribosomen am Startkodon der mRNA (Ostareck et al.,
2001). HnRNP K ist in vitro und in vivo ein Aktivator und Substrat der
Tyrosin Kinase c-Src. HnRNP K, phosphoryliert durch c-Src, bindet nicht
mehr an das DICE, die mRNA Translation wird aktiviert (Ostareck-Lederer
et al., 2002. Aufbauend auf unseren Arbeiten werden wir untersuchen,wie
die Proteine und die mRNA im hnRNP K/E1-DICE Komplex interagieren,
wie hnRNP K die c-Src Kinase aktiviert und welche Signalwege die
r15-LOX Expression während der erythroiden Reifung steuern. Dazu
werden wir ein zytokinabhängiges erythroides Zellkulturmodell etablieren.
mRNA Translation
Projektleiter:
Projekttitel:
Dr. Kai Tittmann
Untersuchung der Dynamik enzymatischer Katalyseprozesse durch
zeitaufgelöste Detektion von Reaktionsintermediaten mittels
NMR-Spektroskopie
Fördereinrichtung: Haushalt
Laufzeit:
01.03.2001 - 01.03.2005
Kurzbeschreibung: Die Dynamik enzymatischer Katalyseprozesse ist gekennzeichnet durch
die Abfolge von Reaktionsschritten, die das enzymgebundene Substrat
bei seiner Umwandlung zu den Reaktionsprodukten durchlaufen muß. Für
die Aufklärung des Katalysemechanismus im molekularen Detail ist es
deshalb notwendig, die Dynamik der Umwandlung von Intermediaten
sowie deren entsprechende Strukturen zu untersuchen. Im Mittelpunkt der
Untersuchungen steht die Aufklärung der Katalysemechanismen von
Enzymen, die die biologisch aktiven Formen der Vitamine B1
(Thiamindiphosphat, ThDP) oder B2 (Flavinadenindinukleotid, FAD)
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Stichwörter:
gebunden haben. Beide Enzymklassen sind essentielle Komponenten im
Zellstoffwechsel und kommen in allen Organismen vor. Durch die
Anwendung von NMR-Spektroskopie und gerichtetem Proteindesign
sollen Katalyseprinzipien beider Enzymklassen auf molekularer Ebene
aufgeklärt werden.
Enzymmechanismus, Intermediatanalyse, NMR-Spektroskopie, Vitamin
B1, Vitamin B2
Projektleiter:
Projekttitel:
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Dr. Kai Tittmann
Untersuchungen zum biologischen Elektronentransfer in Flavoenzymen
Israel, Prof. Dr. D. Chipman, Prof. Dr. Sandro Ghisla, Universität
Konstanz, Universität Konstanz -Prof. Dr. Sandro Ghisla, University of the
Negev, University of the Negev Israel -Prof. Dr. D. Chipman
Fördereinrichtung: Haushalt
Laufzeit:
01.03.2002 - 01.03.2005
Kurzbeschreibung: An ausgewählten redoxaktiven Proteinen, die eine biologisch aktive Form
des Vitamin B2 gebunden haben, werden kinetische und
thermodynamische Untersuchungen zu intramolekularen
Elektronentransferreaktionen zwischen verschiedenen Redoxzentren
durchgeführt. Mittels geeigneter spektroskopischer Methoden und
rationalem Proteindesign sollen spezifische Elektronentransferwege in
den Proteinen charakterisiert werden.
Stichwörter:
Elektronentransfer, Flavoenzym
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Elmar Wahle
Die Rolle der Poly(A)-spezifischen Ribonuclease (PARN) beim
mRNA-Abbau
DFG-Forschergruppe
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.02.2001 - 30.01.2004
Kurzbeschreibung: Die Deadenylierung, der exonukleolytische Abbau des
Poly(A)-Schwanzes, ist der erste und häufig
geschwindigkeitsbestimmende Schritt beim Abbau von eukaryontischen
mRNAs. Wir untersuchen die Rolle der Poly(A)-spezifischen
Ribonuklease (PARN) und einer weiteren Poly(A)-spzeifischen
3`-Exonuklease, des CCR4-NOT-Komplexes beim Abbau der
Poly(A)-Schwänze in Säuger- und in Drosophilazellen.
Stichwörter:
Deadenylierung, mRNA Abbau, Poly(A)-Schwanz, posttranskriptionelle
Regulation
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Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Elmar Wahle
Die Rolle von Trinukleotidexpansionen im Gen für das
Poly(A)-Bindungsprotein 2 bei der Oculopharyngealen Muskeldystrophie
Inst. f. Biotechnologie - Dr. Elisabeth Schwarz
Wissenschaftliche
Zusammenarbeit:
Fördereinrichtung: DFG
Laufzeit:
01.01.2002 - 30.12.2004
Kurzbeschreibung: Einige Erkrankungen des Menschen beruhen auf Fehlfaltungen oder
Aggregationen von Proteinen. Zu dieser Gruppe von Krankheiten gehören
solche, bei denen durch Trinukleotidexpansionen in einem Gen
homopolymere Aminosäuresequenzen im Genprodukt auftreten, die zu
einer intrazellulären Aggregation des betroffenen Proteins führen.
Die Oculopharyngeale Muskeldystrophie (OPMD) wird durch die
Expansion eines Polyalanintrakts am N-Terminus des
Poly(A)-Bindungsproteins II (PABP 2) verursacht. PABP 2 ist an der
Synthese der Poly(A)-Schwänze der mRNA im Zellkern beteiligt. In den
Zellkernen des Muskelgewebes von Patienten treten charakteristische
filamentöse Strukturen auf, die sich durch Antikörper gegen PABP 2,
sowie gegen Ubiquitin und das Proteasom anfärben lassen. Das mutierte
PABP 2 ist in vitro in seiner Aktivität nicht vom Wildtyp zu unterscheiden,
und vorläufige Experimente legen den Schluss nahe, dass in
OPMD-Zellen kein Polyadenylierungsdefekt vorliegt.
Wir wollen in einem Zellkulturmodell von OPMD die Zusammensetzung
der filamentösen Aggregate, eine eventuell veränderte Stabilität des
mutierten PABP 2 und die Polyadenylierung der mRNA untersuchen. In
vitro sollen das Wildtyp-Protein sowie Varianten mit einer Expansion, bzw.
einer Deletion des Polyalanintraktes hinsichtlich ihrer
Aggregationsneigung, Struktur und Stabilität untersucht werden.
Stichwörter:
Muskeldystrophie, Protein Aggregation, Trinukleotidexpansionen
Projektleiter:
Projekttitel:
Prof. Dr. Elmar Wahle
Oculopharyngeale Muskeldystrophie: Ein Paradigma für die Erforschung
neuer therapeutische Ansätze für Trinukleotid-Expansions-Erkrankungen
und Muskeldystrophien
Wissenschaftliche Inst. f. Biotechnologie - Dr. Elisabeth Schwarz, Partner in Frankreich,
Zusammenarbeit:
Partner in Niederlanden, Partner in Portugal
Fördereinrichtung: EU
Laufzeit:
01.01.2002 - 30.12.2004
Kurzbeschreibung: Die Oculopharyngeale Muskeldystrophie (OPMD) beruht auf der
Expansion einer Trinukleotidwiederholung im Gen für das nukleäre
Poly(A)-Bindungsprotein (PABPN1). Die genetische Veränderung führt
zur Verlängerung einer Polyalaninsequenz am N-Terminus des Proteins
und dadurch zu einer filamentösen Aggregation des Proteins im Zellkern
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Stichwörter:
von Muskelzellen.
Wir sind Teil eines EU-Projekts mit insgesamt fünf Teilnehmern, in dem
verschiedene Zell- und Tiermodelle für OPMD entwickelt und untersucht
werden sollen. Im Rahmen dieses Projekts untersuchen wir außerdem
Mechanismus und Funktion einer bestimmten post-translationalen
Modifikation von PABPN1.
Muskeldystrophie, Protein Aggregation, Trinukleotidexpansionen
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