Principles of cell and tissue organization
 

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Zellen stehen in ständiger Kommunikation mit ihrer extrazellulären Umgebung und den Nachbarzellen: Sie tauschen Signale und Nährstoffe aus, die für ihr Leben (Homöostase) benötigt werden. In unserem Labor untersuchen wir den grundlegenden Prozess, genannt Endozytose, bei dem Zellen Moleküle aufnehmen. Hierbei umschließt die Zellmembran zuerst diese Moleküle und stülpt sich ein. Nährstoffe und Signale werden dabei in kleinen, runden Behältern, die Vesikel genannt werden, eingekapselt und gelangen so in die Zellen. Einmal in der Zelle, wandern diese Vesikel zu verschiedenen zellulären Kompartimenten, um ihre Fracht an das richtige Ziel zu liefern. Schließlich werden diese Moleküle zum Zentrum des Verdauungssystems der Zelle, Lysosom genannt, geleitet, wo sie abgebaut werden.

Endozytose ist nicht nur ein Mechanismus für die Nährstoffaufnahme, sondern auch eine Art der Zellkommunikation und -regulierung: Entscheidungen, wie z.B., welche Signale das Innere der Zelle erreichen und wie lange sie aktiv sind, werden von diesem Prozess geregelt. In dieser Hinsicht ist Endozytose ein Prozess, der die Aufnahme von Signalen steuert und sie in Zellfunktionen übersetzt: wie Zellwachstum und -tod (Proliferation und Apoptose), Zellidentitätserwerb (Differenzierung) und die Kommunikation zwischen benachbarten Zellen (Signaltransduktion).

Leberstoffwechsel

Wir sind daran interessiert zu verstehen, wie Störungen bei der Endozytose zu Krankheiten des Menschen führen. Dazu konzentrieren wir uns auf die Leber, eines der Hauptstoffwechselorgane unseres Körpers. Wir untersuchen, wie Leberzellen miteinander kommunizieren, um ein komplexes Gewebe zu bilden, und wie Fehler in der Endozytose die Leberfunktion beeinträchtigen und dadurch Stoffwechselstörungen und Cholestase herbeiführen.

Infektionskrankheit

Krankheitserreger nutzen die Endozytose, um in Zellen einzudringen und den Wirtsorganismus zu infizieren. Wir sind vor allem am Mycobacterium interessiert, dem Erreger, der für die Tuberkulose verantwortlich ist, eine Krankheit, die rund 1,7 Millionen Menschen pro Jahr tötet. Wir wollen neue Chemikalien identifizieren, die die Tötung des Mycobacterium durch den Abwehrmechanismus des Wirtes induzieren. Dafür entwickeln wir computergestützte Ansätze, um die Änderungen der Endozytose als Reaktion auf aktuelle sowie neue Tuberkulose-Medikamente zu überwachen und ihre Wirkungsweise zu verstehen. Dieses Wissen kann nicht nur zur Entwicklung neuer, wirksamerer Therapien gegen Tuberkulose, sondern auch gegen andere Infektionskrankheiten führen.

Neurodegenerative Erkrankung

Die Huntington-Krankheit ist eine neurodegenerative Störung, die die Koordination der Muskeln und die kognitive Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Wir haben entdeckt, dass die Endozytose in Huntington gestört wird und wir nutzen derzeit eine Kombination aus computergestützter Biologie mit chemischen Screens, um den genauen Mechanismus zu verstehen. In Zusammenarbeit mit der CHDI-Stiftung sind wir bestrebt, zur Entdeckung neuer Medikamente gegen die Krankheit beizutragen.

Technologieentwicklung für therapeutische Zwecke

Letztlich machen wir uns die Endozytose zunutze, um Technologien zu entwickeln, die Moleküle zu einem bestimmten Gewebe und Organ liefern. Insbesondere gebrauchen wir das endozytische System, um kleine, synthetische RNA-Moleküle (small interfering RNA oder siRNA genannt) in die Leber zu transportieren, um die Expression von Genen, die für uns von Interesse sind, auszuschalten. Diese Strategie kann verwendet werden, um Genfunktionen in der Leber zu untersuchen, aber sie kann auch als eine Möglichkeit dienen, die Aktivität der krankheitsverursachenden Gene abzuschalten und somit einen Beitrag zur Konzipierung von klinischen Behandlungen zu leisten. Unser oberstes Ziel in diesem Projekt ist es, Methoden zur Bereitstellung von siRNA in einem spezifischen Gewebe und Organ zu entwickeln, die für therapeutische Zwecke eingesetzt werden können.

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