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Am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie wurde die Evolution der mRNS-Expression in mehreren unterschiedlichen Geweben des Menschen und Schimpansen untersucht. Diese Daten deuten darauf hin, dass die meisten der tausenden von Veränderungen in der Genexpression nicht wegen ihrer vorteilhaften Auswirkungen selektiert wurden. Selektion gegen nachteilige Effekte ist jedoch stark ausgeprägt. Es scheint so zu sein, dass verschiedene Gewebe sich in unterschiedlichem Maße von der Selektion beeinflussen lassen. So ist die Leber am wenigstens eingeschränkt und lässt mehr Veränderungen zu, während das Gehirn die wenigsten zulässt. Es gibt auch Hinweise darauf, dass sich in der Genexpression im Gehirn in der Evolution des Menschen mehr Veränderungen vollzogen haben als in der Evolution des Schimpansen.

Untersucht wird die Regulation der Substratspezifität im Ubiquitin-Proteasom-System. Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf zwei modular aufgebauten Proteinkomplexen: der CBC^VHL Ubiquitin-Ligase mit dem von-Hippel-Lindau Tumorsuppressor-Protein als substratbindender Untereinheit und der Chaperon-ähnlichen AAA ATPase Cdc48 mit den Kofaktoren der UBX-Proteinfamilie. UBX-Proteine binden an Cdc48 und regulieren so die Spezifität der Cdc48-Aktivität in verschiedenen zellulären Prozessen. UBX-Proteine mit einer Ubiquitin-bindenden UBA-Domäne rekrutieren ubiquitylierte Substrate, die durch Cdc48 der proteasomalen Degradation zugeführt werden. Ein solches UBA/UBX-Protein, Ubx2 genannt, spielt eine zentrale Rolle in der Endoplasmatischen Retikulum (ER) assoziierten Proteindegradation (ERAD). Biochemische Untersuchungen von Tumor-assoziierten Mutanten des von-Hippel-Lindau Tumorsuppressor-Proteins erlauben neue Einblicke in die Genotyp/Phänotyp-Beziehungen der von-Hippel-Lindau´schen Erbkrankheit. So korreliert der Grad der funktionellen Defekte auf molekularer Ebene mit dem Risiko der Patienten, Nierenzellkarzinome zu entwickeln.

Das koordinierte Wachstum, die Differenzierung spezialisierter Gewebetypen und die Bildung von Organen während der Entwicklung höherer Eukaryoten erfordern präzise regulierte Kommunikationsmechanismen zwischen den verschiedenen Zelltypen eines Organismus. Gleichermaßen ist die Aufrechterhaltung aller Lebensvorgänge ausgewachsener Organismen von diesem zellulären Kommunikationssystem abhängig. Fehlfunktionen dieses Systems aufgrund äußerer Einflüsse oder genetischer Defekte sind die Ursache einer Vielzahl pathologischer Phänomene wie z.B. Krebs, Diabetes oder neurodegenerativer Syndrome. Die Forschungsaktivitäten der Abteilung Molekularbiologie konzentrieren sich auf diese zentralen biologischen und pathophysiologischen Prozesse, wobei der Schwerpunkt auf der Aufklärung gesunder Signalmechanismen liegt. Gleichzeitig wird die Degeneration dieser Signalwege in der Pathogenese, vor allem beim Krebs, untersucht.

Körperzellen können durch Fusion mit embryonalen Stammzellen zu einem pluripotenten Phänotyp umprogrammiert werden, das heißt sie erhalten die Fähigkeit, alle Zelltypen eines Organismus bilden zu können. Die Faktoren, die dies vermitteln, scheinen mit dem Zellkern der pluripotenten embryonalen Stammzellen assoziiert zu sein und können sowohl neurale Vorläuferzellen als auch vollständig differenzierte Kumuluszellen (Hüllzellen der Eizelle) auf ein pluripotentes Stadium zurücksetzen. Die so umprogrammierten Zellen zeigen zwar ein normales Differenzierungspotenzial, besitzen aber einen doppelten Chromosomensatz. Dies ist Grundlage weiterer Fragestellungen der gegenwärtigen Projekte der Abteilung Zell- und Entwicklungsbiologie am MPI für molekulare Biomedizin in Münster.

Phototaktische Reaktionen der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii werden durch mikrobielle Rhodopsine als Photorezeptoren initiiert , deren Chromophor Retinal ist. Sequenzvergleiche mit anderen mikrobiellen Rhodopsinen aus Archebakterien – wie den lichtgetriebenen Ionenpumpen Bakteriorhodopsin und Halorhodopsin – zeigen eine Homologie von 15 bis 20 % mit zwei der Algenrhodopsine. Die hydrophobe N-terminale Hälfte mit circa 300 von 712 bzw. 737 Aminosäuren besteht jedoch aus einem hypothetischen Siebentransmembranhelixmotiv, wie dies für Rhodopsinmoleküle typisch ist. Ebenso wichtig ist es, dass einige Aminosäuren konserviert sind, die die Retinalbindungstasche und den Protonentransportweg des Bakteriorhodopsins darstellen. Kürzlich konnten wir zeigen, dass zwei dieser retinalbindenden Proteine aus dem Augenfleck der Alge nach Expression in Oozyten des südafrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis oder in HEK 293-Zellen lichtaktivierte Ionenkanaleigenschaften aufweisen. Die beiden Proteine wurden deshalb von uns Channelrhodopsin-1 und Channelrhodopsin-2 (ChR1 und ChR2) genannt. ChR1 ist ein selektiver Protonenkanal, während ChR2 neben Protonen eine Reihe ein- bzw. zweiwertiger Kationen leitet. Für beide Rhodopsine reicht die N-terminale Hälfte für die lichtgesteuerte Ionenkanalaktivität aus, womit wir demonstrieren konnten, dass das Siebentransmembranhelixmotiv eine neue Klasse von Ionenkanälen darstellt.