Arbeitsgruppe Pohl: Physiologie und Biophysik

Die Arbeitsgruppe Pohl beschäftigt sich mit der Regulation und Funktion von Membranproteinen, insbesonders von mitochondrialen Proteinen. Membranproteine sind die Zielstruktur von mehr als der Hälfte der gegenwärtig verwendeten Medikamente. Daher wird das Verständnis der Regulation und Funktion von Membranproteinen einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung bestehender Medikamente und Entdeckung neuer beitragen. Mindestens drei Aspekte dieses Forschungsgebiets sind wichtig sowohl für die Veterinär- als auch für die Humanmedizin:

 

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Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (engl. polyunsuturated fatty acids, PUFA) sind eine für die Gesundheit von Säugetieren in vielerlei Hinsicht wichtige Molekülgruppe. Von n-6 PUFA wurde beschrieben, dass sie während des Winterschlafs die Herzfunktion bei niedriger Körpertemperatur stabilisiert, während langkettige n-3 PUFA die oxidative Leistungsfähigkeit erhöht. Säugetiere können viele PUFAs nicht synthetisieren. Der Einbau von PUFA in die Phospholipide der Membran hängt wahrscheinlich direkt von der aufgenommenen Nahrung ab, oder, wie z.B. bei Murmeltieren, von einer selektiven Zufuhr aus körpereigenen Depots während des Winterschlafs. In beiden Fällen leistet PUFA einen wesentlichen Beitrag zum Umbau der Membran, und daher zu einer Veränderung der Funktion von Membranproteinen, z.B. dem Ca++-Transportprotein SERCA oder dem Entkopplerprotein 1 (UCP1) . Das hat eine wesentliche Bedeutung für die Entstehung und Vermeidung von Herz- und Kreislauferkrankungen, Zuckerkrankheit, Gefäßverkalkung, Arthrose (degenerative Gelenkserkrankung), und andere chronische Krankheitsprozesse.

Des Weiteren kommen aus dieser Richtung interessante Erkenntnisse über die Regulation der Körpertemperatur von kleinen Säugetieren, die unter Betäubung stehen.

 

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Viele mitochondriale Proteine, darunter die Entkopplerproteine 2-5 (engl. uncoupling proteins, UCPs) gelten als Mitbeteiligte in der Pathogenese von Krebs, Stoffwechselerkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Ischämie (Mangeldurchblutung), indem sie die Menge von freien Radikalen regulieren. Daher ist die Untersuchung von Transport, Regulierung, Verteilung und Funktion von mitochondrialen Proteinen ein Beitrag zum Verständnis dieser Krankheiten hinsichtlich ihres Entstehens und hinsichtlich ihrer molekularen Mechanismen.

 

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Kürzlich haben wir und andere Gruppen die Heraufregulierung von UCP2 in hochproliferativen Stammzellen beschrieben. Die Verwendung von Stammzellen ist wichtig für die Behandlung mehrerer Krankheiten, in der Veterinärmedizin insbesondere bei orthopädischen Verletzungen und Gelenkserkrankungen von Pferden und Hunden. Teile unseres gegenwärtigen Projekts sind auf die Beteiligung von UCP an Signalwegen ausgerichtet, die wesentlich für die Proliferation und Differenzierung von Zellen sind.

Zur Untersuchung der einzelnen Aspekte von mitochondrialen Proteinen wurden verschiedene State-of-the-Art Methoden in den letzten zwei Jahren eingerichtet. Die wichtigsten davon sind:

(a) elektrophysiologische Messungen des Leitwerts von Proteinen in flachen Lipiddoppelmembranen

(b) Herstellung und Aufreinigung von rekombinanten mitochondrialen Proteinen

(c) Zwei-Photonen-Mikroskopie, Fluoreszenzkorrelations-Spektroskopie und Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie.

Die Verwendung dieser Methoden ermöglicht uns die nötigen Messungen zur Charakterisierung des Proteintransports, des Membranpotentials, der Ionenkonzentrationen und der Interaktionen zwischen Proteinen und Liganden.

Diese Forschungsschwerpunkte sind Teil der Profilinie 1 der Universität.

 
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