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Arbeitsgruppe: Prof. Dr. rer. nat. Dieter Adam

1. Proteolyse in der Regulation des Caspase-unabhängigen programmierten Zelltods

In der Apoptose repräsentiert Caspase-vermittelte Proteolyse den primären Mechanismus sowohl für die Initiierung als auch für die Exekution des programmierten Zelltods. Im Gegensatz zur Apoptose ist die Bedeutung von proteolytischen Vorgängen für die Regulation und Exekution von nicht-apoptotischen, Caspase-unabhängigen Formen des programmierten Zelltods (z. B. Nekroptose) nur ansatzweise verstanden. Die Identität der beteiligten Proteasen ist ebenfalls zum größten Teil unklar, obwohl bisherige Befunde auf (bislang nicht identifizierte) Serinproteasen als wichtige Komponenten hindeuten. Wir haben einen small interfering (si)RNA screen aller humanen Proteasen durchgeführt und fünf Kandidaten identifiziert, deren Herunterregulation den Caspase-unabhängigen programmierten Zelltod steigert (in Übereinstimmung mit beschriebenen Funktionen dieser Proteasen in antiapoptotischen oder protumorigenen Prozessen). Die genaue Rolle dieser Proteasen in den Signalwegen des Caspase-unabhängigen programmierten Zelltods soll in zukünftigen Arbeiten weiter aufgeklärt werden. Parallel haben wir die mitochondriale Serinprotease HtrA2/Omi und die downstream agierende Protease/Deubiquitinase UCH-L1 als Schlüsselmoleküle der Tumor Nekrose Faktor (TNF)-induzierten Nekroptose identifiziert. Wir wollen aufklären, wie TNF die intramitochondriale Aktivierung von HtrA2/Omi bewerkstelligt, welche mitochondrialen Proteine nachfolgend durch HtrA2/Omi gespalten werden, und welche Komponenten die Signale weiter zu UCH-L1 vermitteln. Da wir zeigen konnten, dass TNF und UCH-L1 zum nichtapoptotischen Tod von Nierenpodozyten beitragen, werden wir die Relevanz unserer Ergebnisse in den entsprechenden in vivo Modellen untersuchen. In screens nach Serinproteasen, die im Caspase-unabhängigen programmierten Zelltod relevant sind, haben wir neben HtrA2/Omi noch weitere Kandidaten identifiziert, die wir ebenfalls auf ihre funktionelle Bedeutung untersuchen werden. Dies gilt ebenso für Kandidatproteine, die wir in screens nach Proteinen identifiziert haben, die im Caspase-unabhängigen programmierten Zelltod gespalten werden. Ein weiteres Ziel unserer Arbeiten in diesem Projekt ist die Identifizierung der Protease, die die proteolytische Reifung/Aktivierung der sauren Sphingomyelinase vermittelt, einem Schlüsselenzym des Caspase-unabhängigen programmierten Zelltods.

Mitarbeiter: Johaiber Fuchslocher Chico (Doktorand).

Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 877).

 

2. Caspase-unabhängiger nicht-apoptotischer programmierter Zelltod zur Eliminierung von Apoptose-resistenten Tumorzellen durch Kombinationstherapien mit TRAIL (gemeinsam mit H. Kalthoff, Institut für Experimentelle Tumorforschung, CAU Kiel)

Eines der primären Ziele in der Behandlung von Tumorpatienten ist die Eliminierung von (residualen) Tumorzellen durch Aktivierung von Caspasen, d. h. durch Induktion von apoptotischem programmiertem Zelltod. In entsprechenden Ansätzen hat sich das Zytokin TRAIL (tumour necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand) als vielversprechender Kandidat erwiesen. Unglücklicherweise wird die Behandlungseffizienz in vielen Fällen durch erworbene oder intrinsische Apoptoseresistenzen der Tumorzellen limitiert. Im Gegensatz zu bereits umfangreich untersuchten Kombinationstherapien von TRAIL mit anderen apoptoseinduzierenden Stimuli stellt die TRAIL-vermittelte Induktion von Caspase-unabhängigen, nichtapoptotischen Signalwegen in der Kombinationstherapie eine neue, bislang nur in einer Publikation untersuchte, und potentiell vielversprechende Alternative für die Verbesserung der Therapieantwort dar. Für eine gezielte Intervention ist weiterhin ein genaueres Wissen der zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen der Signalwege essentiell. Auf Zellkulturebene haben wir kürzlich zeigen können, dass acht von 14 unterschiedlichen Tumorzelllinien unmittelbar sensibel gegen TRAIL-induzierten Caspase-unabhängigen programmierten Zelltod waren und zusätzlich eine Reduktion ihrer Klonogenität aufwiesen. Darüber hinaus zeigte TRAIL eine synergistische Verstärkung des Caspase-unabhängigen programmierten Zelltods in 41 von 80 untersuchten TRAIL/Chemotherapeutika-Kombinationen. In weiterführenden Arbeiten wollen wir diese Ergebnisse in Maus-Xenotransplantationsmodellen von Tumorzelllinien und Primärtumoren verifizieren und eine Kombinationstherapie von TRAIL-induziertem Caspase-unabhängigem programmierten Zelltod und Chemotherapeutika auf ihre antitumorale Effektivität in vivo evaluieren. Zusätzlich wollen wir die molekulare Analyse der TRAIL-vermittelten Caspase-unabhängigen Signalwege vorantreiben, um über die Identifizierung weiterer potentiell beteiligter Komponenten mögliche neue therapeutische Ansatzpunkte zu erschließen.

Mitarbeiter: Dr. rer. nat. Stephan Philipp (wissenschaftlicher Mitarbeiter).

Unterstützt durch die Deutsche Krebshilfe.

 

3. Lysosomale Störungen und bakterielle Entzündung (gemeinsam mit U. Schaible, N. Reiling und G. Graßl, Forschungszentrum Borstel und Institut für Experimentelle Medizin, CAU Kiel)

In diesem Projekt untersuchen wir, wie mit dem Epithel assoziierte Immunzellen auf mikrobielle Angriffe reagieren. Im Visier haben wir dabei Membranlipide, die wichtig sind für die Invasion bakterieller Krankheitserreger sowie die Signalübertragung und Aktivierung von Immunzellen. Bei diesen Prozessen spielen die saure und neutrale Sphingomyelinase (aSMase, nSMase) und lysosomale Phospholipasen eine wichtige Rolle, indem sie Ceramide und andere biologisch aktive Lipide erzeugen. Als sekundäre Botenstoffe regulieren diese Lipidmoleküle den Transport und die Größe intrazellulärer Vesikel und beeinflussen so das Recyclingsystem der Zelle (Autophagie) und die Art des Zelltods, zum Beispiel Apoptose oder Nekroptose. Damit sind sie an der Wirtsabwehr und an Entzündungsreaktionen beteiligt. Ziel des gemeinsamen Projekts ist, die funktionelle Rolle von aSMase und nSMase und damit assoziierten Molekülen in der Antwort auf Infektionen mit Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae, und Salmonella enterica serovar Typhimurium zu analysieren. Hierbei sind vor allem die Funktionen des Aktivators der nSMase (FAN) und seines Homologs Lyst in der Signalübertragung und beim Vesikeltransport während Infektions-bedingter Entzündungsreaktionen von Interesse. Unser langfristiges Ziel ist, durch Aufklärung der pathogenen Prinzipien von Membranlipid-Signalwegen bei infektiösen Entzündungen Zielmoleküle für mögliche therapeutische oder für Ernährungs-basierte Interventionen zu identifizieren.

Mitarbeiterin: Dr. rer. nat. Justyna Sosna (wissenschaftliche Mitarbeiterin)

Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Exzellenzcluster Entzündungsforschung, ExC306-M).

 

4. Einfluss der regulierten Nekrose auf Entzündung in Hydra bis zum Menschen (gemeinsam mit A. Linkermann, Klinik für Innere Medizin IV – Nieren- und Hochdruckkrankheiten, S. Zeissig, Klinik für Innere Medizin I, T. C. G. Bosch, Zoologisches Institut und S. Schütze, Institut für Immunologie, CAU Kiel)

Als alter, ursprünglicher Prozess lässt sich Entzündung bereits in einfachen Organismen wie dem Süßwasserpolypen Hydra ebenso wie in höheren Lebewesen wie der Maus oder dem Menschen nachweisen. Während Apoptose typischerweise nicht mit Entzündung einhergeht, sind nekrotische Prozesse fast immer mit Entzündungsreaktionen und entsprechenden pathophysiologischen Konsequenzen assoziiert. Im Fokus dieses Projekts steht daher die Frage, welchen Einfluss regulierte Formen der Nekrose auf Entzündungsreaktionen in Organismen von Hydra zum Menschen sowie auf assoziierte pathologische Veränderungen haben. Gemeinsam werden wir die Rolle von Schlüsselmolekülen der regulierten Nekrose in der Entzündung auf molekularer, zellulärer und organismischer Ebene untersuchen. Die Definition pathogener Gesetzmäßigkeiten der regulierten Nekrose in Entzündungsreaktionen soll neue potentielle Ziele für therapeutische Interventionen identifizieren und die Basis für zukünftige Therapiestrategien bilden, die gegen regulierte Nekrose als Ursache für entzündliche Erkrankungen gerichtet sind.

Mitarbeiterin: Carina Saggau (Doktorandin)

Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Exzellenzcluster Entzündungsforschung, ExC306).

 

5. Signaltransduktion durch den 55 kDa TNF-Rezeptor: Molekulare und funktionelle Charakterisierung von Komponenten des N-SMase Signalwegs

In diesem Projekt haben wir das Polycomb Group Protein EED als „fehlendes Glied“ im Signalweg vom TNF Rezeptor 1 (TNF-R1) zur Lipase nSMase2 identifiziert, und damit einen der letzten Hauptsignalwege von TNF-R1 (den N-SMase Signalweg) nach fast 20 Jahren erstmals durchgehend beschreiben können. Die nSMase2 wird mit Entzündung, Alzheimer, Herzversagen, Ischämie/Reperfusionsschäden, Atherosklerose und kombinierter Hypophysenhormondefizienz assoziiert, und ein Funktionsverlust der nSMase2 äußert sich in schweren Entwicklungsstörungen. Im Rahmen dieser Arbeiten haben wir sechs bislang unbekannte Interaktionspartner der nSMase2 identifiziert, darunter ein Protein, das bereits als potentieller Mediator von nSMase2-Signalen in hypoxischer pulmonärer Vasokonstriktion, Motilitätsregulation von neuronalen Progenitorzellen, Morphogenese des Gehirns und als Antagonist von antileukämischen Medikamenten diskutiert wird. Weitere Kandidaten könnten kontaktinhibitorische und zellzyklusregulatorische Wirkungen der nSMase2 vermitteln, oder mit der nSMase2 die Bildung und den Transport von Membranvesikeln beeinflussen. Funktionelle Assays sollen Aufschluss über die Rolle der Kandidaten in den jeweiligen nSMase2-Effektorfunktionen geben.

Mitarbeiterin: Parvin Davarnia (MTA).

 

6. Differentielle proteomische Analyse von Krebszelllinien zur Identifizierung neuer Angriffsziele in der Krebstherapie

Das Pankreaskarzinom hat trotz aller medizinischen Fortschritte noch immer eine sehr ungünstige Prognose. Derzeit fehlen wirksame Therapien im Kampf gegen diese Krebsform. In diesem Projekt sollen spezifisch Pankreastumorzelllinien hinsichtlich ihrer Sensitivität gegenüber dem Zytokin TRAIL in verschiedenen Kombinationstherapien getestet werden. Dabei sollen verschiedene Formen des Zelltodes wie die Apoptose oder Nekroptose ausgelöst werden, um die Tumorzellen möglichst effektiv zu eliminieren. Zwei der Tumorzelllinien, die in diesem Projekt zum Einsatz kommen, besitzen besondere Eigenschaften. Während eine der zu untersuchenden Tumorzellinien bei nicht adhärentem Wachstum differenzierte Hohlkugeln ausbildet, handelt es sich bei der anderen um ein Modell, welches gesunden Zellen sehr stark ähnelt. So können einerseits einzelne Differenzierungsgrade der Zellen verglichen und andererseits unterschiedlich stark transformierte Zellen untersucht werden. In diesem Projekt soll mittels differentieller 2D Gelelektrophorese (2D DIGE) das Proteom dieser Zellen analysiert werden, um so Proteine zu identifizieren, die in den obigen Zellmodellen aufgrund der unterschiedlichen Differenzierungs-/Malignitätsgrade unterschiedlich stark exprimiert werden. Diese Proteine könnten sowohl zur weiteren Aufklärung der beteiligten molekularen Prozesse/Signalwege führen, als auch nach deren Charakterisierung die Grundlage für neue Angriffsziele in der Krebstherapie liefern.

Mitarbeiter: Dr. rer. nat. Stephan Philipp (wissenschaftlicher Mitarbeiter).

Unterstützt durch die Medizinische Fakultät (Juniorförderung Dr. Stephan Philipp).

 

7. Krebstherapie durch Induktion von Nekroptose: Charakterisierung der molekularen Komponenten des TRAIL-induzierten Caspase-unabhängigen programmierten Zelltods zur Optimierung von antitumoralen Therapiestrategien

In diesem Projekt untersuchen wir Komponenten der Autophagie (autophagy-related genes, ATG) sowie das an Ubiquitinierungsprozessen und dem proteasomalen Abbau von Proteinen beteiligte Enzym UCH-L1 (ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1) auf eine mögliche Beteiligung an der Regulation von TRAIL-induzierter Nekroptose in Tumorzellen. Unabhängig wollen wir klären, ob die Inhibition der DNA-Reparaturenzyme PARP-1 und PARP-2 sowie des Enzyms Tankyrase in Kombination mit TRAIL-induzierter Nekroptose zu einer gesteigerten Eliminierung von Tumorzellen führt. Weiterhin sollen Wechselwirkungen zwischen TRAIL-induzierter Nekroptose und Komponenten des Wnt Signalwegs (β-catenin, AXIN1, casein kinase 1 und Glycogen Synthase Kinase) als mögliche Ziele für eine effektivere Induktion von Zelltod in Tumorzellen untersucht werden.

Mitarbeiter: Dr. rer. nat. Justyna Sosna (wissenschaftliche Mitarbeiterin), Johannes Plenge (medizinischer Doktorand).

Unterstützt durch die Werner und Klara Kreitz-Stiftung (Förderung Dr. Justyna Sosna).

 

8. Identifizierung von Protein-Protein Interaktionen, Phosphorylierungsvorgängen und Validierung von Protein Netzwerken, die essentiell für regulierte Nekrose sind

Regulierte Nekrose stellt eine Form des programmierten Zelltods dar, die über noch nicht vollständig verstandene molekulare Signalwege verläuft. Die Manipulation der regulierten Nekrose birgt möglicherweise großes Potential in der Behandlung von z. B. Ischämie-Reperfusions-induzierten Schäden (Schlaganfall), Krebs oder entzündlichen Erkrankungen. Unser Projekt zielt auf ein besseres Verständnis der Signalwege, die mit der regulierten Nekrose assoziiert sind (speziell Phosphorylierungsvorgänge). Daten aus Mikroarray-screens sollen zur Identifizierung neuer Phosphorylierungs-regulierter Module führen und Veränderungen in Proteininteraktionen identifizieren, die sich funktionell auf die regulierte Nekrose auswirken. Weiterhin sollen die Daten zur Validierung der Rolle von Kandidatproteinen dienen, die in den Signalwegen der regulierten Nekrose relevant sein könnten.

Mitarbeiter: Dr. rer. nat. Justyna Sosna (wissenschaftliche Mitarbeiterin), Sabine Mathieu (MTA).

Unterstützt durch die Medizinische Fakultät (Anschubförderung Dr. Justyna Sosna, Prof. Dr. Dieter Adam).

 

9. Kooperationsprojekte

Gemeinsam mit S. Uhlig (Institut für Pharmakologie und Toxikologie, RWTH Aachen) untersuchen wir Aspekte der in-vivo Funktion des proentzündlichen Lipids Ceramid im septischen und hyperakuten Schock in der Lunge.

In Zusammenarbeit mit M. Elbahri (Technische Fakultät, CAU Kiel) wollen wir aufklären, wie sich Nanopartikel in der Krebstherapie einsetzen lassen.

Im Rahmen einer Kooperation mit C. Selhuber-Unkel (Technische Fakultät, CAU Kiel) studieren wir die Adhäsion von Zellen mittels Rasterkraftmikroskopie.

Für weitere Einzelheiten siehe den aktuellen Forschungsbericht der Arbeitsgruppe.

 

 

Haben Sie Interesse, Ihre naturwissenschaftliche Master- oder medizinische Doktorarbeit in den genannten Themengebieten durchzuführen? Wir stehen Ihnen gerne für weitere Auskünfte zur Verfügung (dadam-AT-email.uni-kiel.de).

 

agadam 01_2014

 

Vollständiges Verzeichnis der Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe:

 

http://www.researcherid.com/rid/E-9763-2010