Medizinische Fakultät der Universität des Saarlandes
Institut für Molekulare Zellbiologie
Prof. Dr. P. Lipp
Sie befinden sich hier: >> Startseite >> Klinische Zentren und Einrichtungen >> Fachrichtungen Theoretische und Klinische Medizin >> Zellbiologie >> Unsere Wissenschaft

Unsere Wissenschaft

Der Forschungsschwerpunkt unseres Institutes liegt auf der kardiologisch-klinisch ausgerichteten Grundlagenforschung. Dabei wollen wir die zellulären Ursachen und Funktionsweisen von Herzrhythmusstörungen verstehen - mit dem Ziel, Ansätze für neue pharmakologische Therapien zu entwickeln. Wichtigste Grundlage unserer Arbeiten ist das Einzelzellmodell, d.h. aus dem Herzen werden einzelne Zellen isoliert, kultiviert und untersucht. Hierbei stützen wir uns sowohl auf Tiermodelle (Ratte, Maus) als auch auf humanes Herzgewebe, das wir von Patienten erhalten.

Das Auftreten von Herzrhythmusstörungen im Menschen hat vielfältige zelluläre Ursachen, obgleich sie zum größten Teil auf Erregungsstörungen der einzelnen Herzmuskelzelle oder auf Kommunikationsstörungen zwischen den Zellen zurückgeführt werden können. Unser eigenes Interesse liegt in der Erforschung von Herzrhythmusstörungen, bei deren Entstehung oder Manifestierung eine besondere Klasse von im Blut zirkulierenden Hormonen eine große Rolle zu spielen scheint. Zu dieser Klasse gehören Hormone wie die Angiotensine oder Endotheline.


Wie andere Hormone, so aktivieren auch diese Hormone gemeinsame Wege der zellulären Signalverarbeitung, die unter dem Begriff der Gq-gekoppelten Signalwege zusammengefasst werden. Diese Signalwege stellen ein komplexes Netzwerk aus verschiedenen Signalkassetten dar, bei denen uns im Besonderen die beiden Teilaspekte der Inositol 1,4,5-trisphospat (InsP3) und Protein-Kinase-C (PKC) vermittelten Signalverarbeitung interessieren.


Um die Rolle oder den Beitrag dieser Signalkassetten beim Entstehen von Herzrhythmusstörungen aber auch der Herzmuskelschwäche zu verstehen setzen wir eine interdisziplinäre Kombination aus verschiedenen molekularbiologischen wie auch biophysikalischen Methoden ein.


Zu den molekularbiologischen Techniken gehören beispielsweise Methoden, um die Aktivität von bestimmten Schlüsselgenen auf RNA-Ebene zu untersuchen, wie die ?Reverse Transkriptase Polymerase Kettenreaktion? (RT-PCR), Northern-Blot und ?Quantitative (Echtzeit) Polymerase Kettenreaktion? (Q-PCR). Andere Nachweisverfahren, wie Western-Blot und Immunozytochemie werden benutzt um Genprodukte auf der Proteinebene zu studieren. Wir benutzen ebenfalls andere ?state-of-the-art? Technologien, um die Funktionsweise dieser Genprodukte direkt in lebenden Zellen zu visualisieren, indem wir sie heterolog in Zellsystemen (Modellzelle und Herzmuskelzellen) exprimieren. Hierzu wenden wir sowohl klassische (plasmid-basierte) Expressionsverfahren wie auch Gentransfer mittels adenoviraler Expressionsvektoren in adulten Herzmuskelzellen an.


Um spezifische Veränderungen der Genexpression besser untersuchen zu können, haben wir ein Einzelzellmodell entwickelt, das es uns mittels computerassistierter elektrischer Stimulation erlaubt, beim Menschen bekannte pathologische Erregungsmuster auf kultivierten Zellen zu applizieren und deren Veränderungen zu registrieren.


Zu den biophysikalischen Methoden, die wir anwenden, gehören die Patch-Clamp Technik zur Registrierung von Membranströmen und -potentialen, die Zell- bzw. Sarkomerlängenmessung zur Beobachtung der Kontraktion und die Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie zur Charakterisierung von Farbstoffen. Um Fluoreszenzen in einzelnen Zellen registrieren zu können stehen uns eine ganze Reihe von optischen Verfahren zur Verfügung. Ganzzellfluoreszenzmikroskopie mit Photodioden erlaubt die sehr schnelle Registrierung von Fluoreszenzänderungen in einzelnen Zellen. An bildgebenden Verfahren benutzen wir sowohl fokale Techniken (schnelles Video-Imaging) als auch verschiedene konfokalmikroskopische Ansätze, die z.B. Fluoreszenzprotein-Imaging und ultraschnelle Konfokalmikroskpie (mit mehr als 600 Bilder/Sekunde) beinhalten. Wir kombinieren die verschiedenen biophysikalischen und optischen Ansätze und koppeln diese ebenfalls mit UV-Blitzlichtphotolyse. Zusätzlich haben wir die subzelluläre Freisetzung von "caged compounds" mit Hilfe von 2-Photon Photolyse etabliert.

Auf die interdisziplinäre Verbindung der genannten Techniken wird in unserem Institut besonders Wert gelegt und praktiziert. Dies spiegelt sich in der Entwicklung und Anwendung von Methoden, wie dem Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) oder der Bimolekularen Fluoreszenz-Komplementation (BiFC) wieder. Zur Etablierung der Methoden und Techniken als auch zur Untersuchung von prinzipiellen Aspekten der Signalwege in Zellen verwenden wir als einfache zelluläre Modelle Zelllinien (H9c2, COS, HEK, etc.).

Zusätzlich zu diesen Techniken, bei denen immer Fluoreszenz den Zellen zugeführt werden muss, nutzen wir bei bildgebenden Verfahren ebenfalls den physikalischen Effekt der Frequenz-Verdopplung von hoch-geordneten System an, die "second harmonic generation" (SHG). Dieses SHG-Imaging erlaubt es uns im lebenden, ungefärbten Herzmuskelgewebe en Anteil von Bindegewebe in Formk von z.B. Kollagenfasern direkt zu untersuchen. Diese Technik wenden wir in Versuchen mit Modelltieren aber auch an menschlichen Proben an.


Um unsere Forschungsziele zu erreichen und uns sowohl wissenschaftlich wie auch technisch/methodisch weiter zu entwickeln, kooperieren wir mit zahlreichen Institutionen. Diese schließen Campus-interne Arbeitsgruppen ein (z.B. Physiologisches Institut ? Profs. Rettig und Hoth, Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie ? Prof. V. Flockerzi oder Thorax- Herz- und Gefäßchirurgie ? Prof. H.-J. Schäfers) aber auch nationale und internationale Kooperationen z.B. Medizinische Biochemie & Molekularbiologie - Uni Hamburg (Guse); Biozentrum Uni Sundee/UK (Swedlow); Pharmakologie & Physiologie - Drexel University Philadelphia/US (Ellis-Davies), Physiologie ? Universität Bern/Schweiz (Niggli, Egger). Darüber hinaus entwickeln wir ebenfalls Aktivitäten mit der Pharmazeutischen Industrie (z.B. Bayer Health Care, Wuppertal) und anderen High-Technology Firmen (z.B. VisiTech international, Sunderland, UK). Mit VisiTech International verbindet uns eine strategische Partnerschaft.


Molekulare Zellbiologie im Januar 2008

 

zurück zur Startseite